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威格氣體純化科技（蘇州）股份有限公司
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閱讀：2645發布時間：2021-11-18
對于手套箱來說，用于檢測其內部的氧氣含量的氧氣傳感器是一個非常關鍵的部件，在客 戶處安裝設備的時候，客戶也經常問我關于氧傳感器的問題，所以我們很有必要了解其工作原理及檢測方法。目前市場上主要有兩種傳感器，即電化學燃料電池和氧 化鋯，這兩種傳感器的工作原理有很大的差別。
一． 電化學燃料電池
1. 工作原理
電化學燃料電池是以氧氣作為正極，金屬鉛作為負極，電解質為氫氧化鉀。電解質和金屬鉛被封裝在一個小的圓柱形容器內，開口使用聚四氟乙烯膜封上，氧氣可以 通過聚四氟乙烯膜擴散進入電池，當氧氣在正極上得到電子而金屬鉛在負極上失去電子從而產生電流，電流值的大小和氧氣濃度成正比。當沒有氧氣時就沒有電流。 因此，電化學燃料電池的零點是準確的，校正時只需要單點校正。正是因為電化學燃料電池的零點準確，所以它非常適合用于微量氧氣的分析檢測。
雖然電化學燃料電池含有消耗性材料金屬鉛，但在手套箱上使用時，由于氧氣含量很低，所以不會被消耗完。電池失效主要是由于電解質中的水擴散出聚四氟乙烯薄 膜而使電解質失效，通常壽命為兩年。當燃料電池失效使得氧氣分析儀檢測不準時，用戶只需要更換分析儀中的燃料電池即可，其更換費用不到整個分析儀價格的三 分子一。
電化學燃料電池檢測氧氣是一個常溫下的氧化還原化學過程，因此受少量普通有機溶劑的影響小，但如果氣體中含有強氧化性或酸性氣體如Cl2，HCl和H2S時，不適合使用電化學燃料電池氧分析儀。
2. 優點
a) 零點準確，不易漂移，只需要單點校正
b) 較強的抗有機溶劑影響的能力
c) 更換費用低，只需要更換燃料電池
3. 缺點
a) 燃料電池長時間與高濃度氧氣接觸會影響其壽命，電池需要保存在惰性氣氛中
b) 不能用于檢測高溫氣體
c) 不能用于檢測氣體中含有酸性氣體和強氧化性氣體如Cl2，HCl和H2S
二． 氧化鋯傳感器
1．工作原理
氧化鋯傳感器的結構是氧化鋯膜夾在兩個Pt電極之間，在高溫下（700℃以上）氧化鋯中的氧離子可以自由的移動，可以傳導氧離子但不導電。當氧化鋯膜兩邊 的氧濃度不同時，兩個電極之間會產生一個電壓，電壓與氧濃度的對數成正比關系，因此，氧化鋯傳感器檢測的是氧化鋯膜兩邊的氧氣濃度差。當要檢測一未知氣體 中的氧濃度時，氧化鋯膜的另一邊需要是一個已知氧濃度的氣體，即參考氣體。普通氧化鋯傳感器的參考氣體均為空氣。由此可見，氧化鋯傳感器更適合檢測氧濃度 接近空氣的氣體。當檢測1ppm的氣體時，其濃度差超過20萬倍，精確檢測的難度很大，需要經常校正，是在每次檢測之前使用標準氣標定。
氧化鋯傳感器的優點是反應時間快，可以在高溫、高壓、低壓下測量氧氣濃度，如鍋爐尾氣等。暴露在空氣中或在空氣中儲存不會影響其性能，因此操作方便。
氧化鋯傳感器的缺點是不適合檢測氣體中含有在高溫下分解或與氧氣反應的物質，如有機溶劑和氫氣，不適合檢測ppm級氧氣。氧化鋯傳感器需要在高溫下工作， 當檢測氣體中含有機溶劑時，有機溶劑會在電極上產生化學變化（分解），從而產生一些問題：1）影響電極性能，造成零點漂移；2）影響傳感器壽命；3）在高 溫下檢測氣體中的氧氣會與有機物反應而被消耗掉，使得氧氣檢測的值比實際值低。
氧化鋯傳感器在檢測過程中不消耗傳感器上的材料，從理論上講，氧化鋯傳感器的壽命比較長，但是由于在高溫下金屬電極的金屬原子會擴散到氧化鋯膜中，使得電絕緣性能下降，從而檢測值會有偏差以致傳感器失效，一旦失效只能更換整個探頭，費用很高。
2．優點
a) 響應時間快
b) 可用于檢測高溫氣體
c) 可以在空氣中儲存，使用方便
3．缺點
a) 不適合檢測含有機溶劑的氣體
b) 零點容易漂移，測量ppm級氣體時需要經常用標準氣標定
c) 只能更換整個探頭，更換費用高
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