TELEDYNE氧气传感器技术问答集锦

Teledyne Analytical Instruments氧气传感器技术问答集锦

Teledyne Analytical Instruments的微型燃料电池（Micro Fuel Cell）是一种独特的电化学氧气传感器，通过结合以下功能提供多种氧气传感能力。在空气（20.9%氧气）中，电池的寿命为3至18个月，具体取决于电池类别。如果放在原始的气体阻隔袋中，预期寿命每年只会缩短其“空气中寿命”的1/20。保质期通常为1至3年或更长。微型燃料电池（Micro Fuel Cell）的90%响应时间为5-60秒，也取决于电池类型。

Teledyne Analytical Instruments氧气传感器工作原理

因此，O2传感器作为燃料电池运行，其输出仅受氧气进入电池的速率和电池内储存的阳极材料量的限制。这种输出不足以使电池用作电源，而这是大多数燃料电池的目的。然而，该电池确实提供了足够的输出来直接驱动仪表，或者在放大后，将提供能够执行更复杂功能的输出。

Teledyne Analytical Instruments氧气传感器技术问题问答

Q： B-2C氧传感器能在ppm水平的丙酮腈中工作吗？

A： 不是。保质期主要是氧气暴露的函数。因此，大多数燃料电池氧传感器都包装在惰性气氛中，以*大限度地延长保质期。

Q： 样气压力变化如何影响基于微燃料电池的氧气分析仪的输出？
A： 微型燃料氧电池是一种分压装置。其读数与样品中氧气的分压成正比。因此，在100%氧气的情况下，你得到的是空气中输出电压的4.78（100/20.9）倍——假设空气中的氧气浓度就是这个浓度。在高度潮湿的环境中，这并不完全正确。要计算对读数的影响，首先根据校准时的样气或压力变化前的*后一个读数确定氧传感器上的压力。然后，（**）样气压力的百分比变化将反映在氧气读数的类似百分比变化中，如果不是完全相同的话。 示例：如果使用和校准O2传感器的标称压力为75毫巴表压，则传感器看到的**压力为75+1013.25=1088.25mbarA（As absolute Pr.=表压Pr.+大气压Pr.） ;如果压力变为200毫巴，200毫巴表压=200+1013.25=1213.25 mbarA
因此，输出的变化=（（1213.25-1088.25）/1088.25）*100=11.486%（为正）。
Q： 醋酸乙烯酯背景是否适用于微型燃料电池氧传感器？
A： 不会。醋酸乙烯酯几乎会立即严重降低O2传感器的性能。请勿在醋酸乙烯酯存在的情况下使用Teledyne的氧气传感器。

Q： 我们有一台配备B-2C传感器的Model 311氧分析仪。这种传感器在区分氧气和其他气体方面有多大的选择性？我们有多可能将另一种气体记录为氧气，如果是这样，是否有任何可能的候选者？
A： B-2C传感器专用于氧气。然而，传感器可能会将一些气体视为氧气。这些将是强氧化剂；和氧气一样强或比氧气更强的试剂，如卤素氯、臭氧、强NO、过氧化物等。 一些干扰是正的，比如CL=1:2，而另一些干扰，比如CO，是负的。如有具体疑虑和问题，请随时通过以下方式联系Teledyne。

Q： 环境压力/高度变化对微型燃料氧电池的输出有什么影响？
A： 微型燃料电池是一种分压装置。它的输出与它所暴露的大气中氧气的分压成正比。在暴露在大气氧气中的传感器受到海拔影响的情况下，请记住，随着海拔的升高，大气中氧气的体积百分比是恒定的。然而，每上升100英尺，总的气压就会下降2.5毫米/汞柱。海平面大气的总压力为760毫米汞柱。在海拔100英尺处，氧气传感器的输出将减少（760-2.5）/760倍。例如，100英尺高度处传感器的新输出=（海平面处的传感器输出）*（760-2.5）/760。

Q： 氧气读数如何响应0.2 psi的样气压力变化？
A： 由于传感器需要通向大气，因此传感器会看到大气压力。O2传感器的输出与排气压力成正比。
因此，如果排气压力从1个大气压（14.7 psi）上升到14.9 psi，则输出将增加系数o
f=（14.9）/（14.7） =1.014
Q： 对于每个传感器单元（含有约2.5 mL 10%的KOH溶液），典型的引线重量是多少？
A： B-2C微量氧传感器基于一个电化学系统，该系统以镀银电极为阴极，铅为阳极（压制粒状铅），10%氢氧化钾水溶液为电解质。
下图显示了传感器的横截面图。在氧气存在的情况下，传感器会产生从阴极流向阳极的电流，这是以下电化学反应的结果：
阴极：O2+2H2O+4e->40H-
阳极：2Pb->2Pb2++4e-
制造氧电池时，标准B-2C含有6克固体铅。电池使用后，固体铅略有减少，电解质中的离子铅增加。铅在10%KOH中的离子形式为ppm水平。该传感器的寿命将取决于传感器的历史，例如它暴露在高氧气水平下的时间和/或使用了多长时间。由于B-2C的设计是为了感应ppm的氧气水平，因此铅消耗量非常低。在传感器的寿命期间，大部分铅不会被消耗，只有少量铅被电池使用。因此，在B-2C传感器寿命结束时，电解质溶液中的铅浓度为几千ppm，大部分铅仍以固体形式存在。 有时，阳极上会形成氧化铅（注意：氧化铅也是固体形式，铅上有红色晶体）。传感器在ppm水平上产生的电流非常低，以至于在寿命结束时，大部分铅仍然是固体形式。更重要的是，在寿命结束后，限制因素是电解质的水分损失，而不是铅的消耗。
Q： B-2C微型燃料氧电池在空气中的O2消耗率是多少？
A： 每小时0.5毫升的氧气
Q： 微型氧燃料电池的*低工作压力是多少？
A： -1/3大气压大气压以下

Q： B-2和B-2C传感器有什么区别？
A： B-2C类电池只是B-2在传感膜上有一个夹子。规格完全相同。现在Teledyne已经夹紧了所有痕量氧气传感器，在这些电池上添加了一个字母C，我们不再制造B-2或A-2类电池。B-2C类电池是任何通常需要B-2或B-2C电池的应用的正确替换传感器。 在过去，这种夹子仅用于样品气体比空气轻的应用（如H2和HE）。由于这些气体的流动性，膜更有可能被提起并导致接缝处泄漏。为了防止这种情况发生，我们增加了一个夹子来加强密封。 此后，我们决定将这种夹子添加到所有B-2氧电池中，并将其全部制成B-2C级。现在，这个传感器涵盖了所有痕量氧气应用（含二氧化碳的样品除外，它有自己的细胞类别A-2C）。
Q： 在甲硫醇含量高的情况下，我们可以用微型氧燃料电池测量氧气吗？
A： 不，这会损坏传感器。甲硫醇（CH3SH）和H2S一样，会毒害微型燃料电池阴极。CH3SH可溶于KOH，形成铅盐，会沉积在阴极或膜上。因此，我们无法通过任何微型燃料电池测量CH3SH中的O2。

Q： 如何检查使用微型燃料电池氧传感器的Teledyne仪器的取样管线是否泄漏？
A： 可以通过下载此PDF文件找到该程序。
Q： 氨或氢氧化铵蒸发/冷凝会如何影响电化学氧气传感器的读数？
A： 氨或氢氧化铵蒸发/冷凝会影响氧传感器性能。如果它凝结在传感膜的表面上，它将堵塞传感区域，使输出不稳定。传感区域上的任何冷凝物（包括水）也会起到同样的作用。*重要的是，氨或氢氧化铵的蒸发/冷凝会对传感器产生物理影响。它会产生腐蚀作用，腐蚀接触板。然后输出将减少或不稳定。此外，它会与氧传感器标签上的粘合剂发生反应，标签会从传感器上剥离。
Q： 我需要一个设备来测量主要由氦气、微量氮气和硫基物质（可能是二氧化硫）组成的背景中的低水平氧气（1-1000ppm或更低）。我们使用了氧化锆传感器，我们认为，由于硫气体，它的读数很低。你有传感器推荐吗？
A： Teledyne的A-2C和B-2C传感器不能用于1000ppm的SO2。 如果二氧化硫低于100ppm，A-2C可能会工作，但预期寿命会降低；也许3个月。
二氧化硫与A-2C中的缓冲电解质相容，但会形成硫酸铅沉积物。如果沉积物形成在铅阳极上，就不会有问题，但如果它形成在阴极上，传感器就会死亡。
二氧化硫是一种酸性气体。它与KOH反应，因此B-2C传感器也不合适。 另一种方法是使用带有A-5传感器的便携式分析仪。此应用的O2水平为1000ppm。检测范围可以是0-1%。在这个范围内，传感器将很快从空气中恢复。A-5使用镀铑阴极，因此不太可能形成沉积物。
Q： 我可以在CHC1F2的背景下用B-2C传感器测量痕量O2吗？
A： 氯二氟甲烷（CHCIF2）是一种无色、无味、无毒的气体，类似于CH4（3个H原子被1个Cl和2个F取代），但与CH4不同，它不易燃。 B-2C上的微量O2测量不应有干扰。
Q： 当Teledyne Micro燃料电池O2传感器检测到NO和/或CO时，会发生什么？
A： NOx通常是指NO和NO2的混合物。这是因为如果存在O2或其他氧化剂，N0很容易被氧化成NO2。 氮氧化物会干扰B-2C传感器的氧气检测。理论上，1ppm NO的读数为0.5ppm O2。
CO是一种碳氧化物，但不一定是氧化剂。它通常被认为是一种还原剂，有点像H2。CO可以被O2氧化形成CO2并产生热量。这种反应不是自然发生的，必须在高温下催化。事实上，CO可以被在1000℃下运行的高温燃料电池（固体氧化物燃料电池，SOFC）用来发电。10%CO产生1ppm O2的机制尚不清楚。CO可能会被阴极表面吸收，从而导致负输出。

NO2（有时在压力下为N2O4）是一种氧化剂。它的作用就像O2。然而，NO是复杂的。它可以被O2氧化成NO2（像还原剂一样），但也可以被还原成N2（像氧化剂一样）。氧化还原电位需要用于判断NO在微型燃料电池等电化学环境中是还原剂还是氧化剂。因为铅阳极作为还原剂比NO更强大，所以NO会被铅还原，在微型燃料电池环境中也会像O2一样起作用。

Q： 当Teledyne氧气传感器（如B1、B2、B3或C3）暴露在高百分比的二氧化碳中时会发生什么？
A：
1.二氧化碳将进入O2传感器并与KOH电解质反应形成碳酸根离子。由于CO2对KOH的中和作用，传感膜和阴极之间的电解质层将改变pH值。然后，如果二氧化碳非常高，例如100%的二氧化碳，将观察到传感器的转变响应。*有可能的是，传感器将变为负值并恢复。
当高浓度的二氧化碳持续进入电池时，由于碳酸根离子的增加，会形成碳酸铅。碳酸铅将首先沉积在阴极表面上，并*初导致传感器具有高偏移。更重要的是，随着阴极上的涂层变重，O2传感器输出开始下降。
3.随着碳酸铅在阴极表面上不断形成，由于碳酸铅覆盖阴极表面以及阴极和传感膜之间的电解质层厚度增加，传感器将失去跨度。
4.随着二氧化碳不断进入电池，它将在电池内前进，并在铅阳极上形成碳酸铅。非常致密的碳酸铅*终会在铅阳极上形成一层涂层。那么，将没有更多的铅可用于进一步的反应。在这个阶段，传感器将停止工作。 如果CO2暴露不高或不连续，则电池内的碳酸铅离子非常低，不会形成沉积物。当传感器暴露在正常空气中时，少量的碳酸铅会重新溶解。 空气中的CO2仅为300至400ppm，不会中和15%的KOH和上述反应。二氧化碳含量超过1%，持续暴露会导致上述反应。如果二氧化碳浓度很高，例如100%的二氧化碳，那么传感器可能会在几个小时内损坏。如果传感器只在100%的二氧化碳中停留几分钟，那么在暴露于空气后就会恢复，但氧传感器的寿命会严重缩短。