CITY氣體傳感器

作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，城市技術(shù)公司的4系列氣體傳感器應(yīng)用于便攜式氣體檢測(cè)儀。該系列包括了氧氣傳感器、有害氣傳感器、可測(cè)二氧化碳和碳?xì)漕惖募t外傳感器以及用于檢測(cè)可燃?xì)怏w的催化燃燒傳感器

英國(guó) CITY 氧氣傳感器概況

所有的氧氣傳感器都是自身供電,有限擴(kuò)散,其金屬-空氣型電池由空氣陰極,陽極和電解液組成。

氧氣傳感器簡(jiǎn)單來說是一個(gè)密封容器(金屬的或塑料的容器),它里面包含有兩個(gè)電極：陰極是涂有活性催化劑的一片PTFE(聚四氟乙烯),陽極是一個(gè)鉛塊。這個(gè)密封容器只在頂部有一個(gè)毛細(xì)微孔,允許氧氣通過進(jìn)入工作電極。兩個(gè)電極通過集電器被連接到傳感器表面突出的兩個(gè)引腳,而傳感器通過這兩個(gè)觸角被連接到所應(yīng)用的設(shè)備上。傳感器內(nèi)充滿電解質(zhì)溶液,使不同種離子得以在電極之間交換(參見圖1)。

Figure 1 - Schematic of oxygen sensor.

進(jìn)入傳感器的氧氣的流速取決于傳感器頂部的毛細(xì)微孔的大小。當(dāng)氧氣到達(dá)工作電極時(shí), 它立刻被還原釋放出氫氧根離子：

O2 + 2H2O + 4e- " type=" x0000_t75">4OH-

這些氫氧根離子通過電解質(zhì)到達(dá)陽極(鉛),與鉛發(fā)生氧化反應(yīng),生成對(duì)應(yīng)的金屬氧化物。2Pb + 4OH- " type=" x0000_t75">2PbO + 2H2O + 4e-

上述兩個(gè)反應(yīng)發(fā)生生成電流,電流大小相應(yīng)地取決于氧氣反應(yīng)速度(法拉第定律),可外接一只已知電阻來測(cè)量產(chǎn)生的電勢(shì)差,這樣就可以準(zhǔn)確測(cè)量出氧氣的濃度。電化學(xué)反應(yīng)中,鉛極參與到氧化反應(yīng)中,使得這些傳感器具有一定的使用期限,一旦所有可利用的鉛*被氧化,傳感器將停止運(yùn)作。通常氧氣傳感器的使用壽命為1-2 年,但也可以通過增加陽極鉛的含量或限制接觸陽極的氧氣量來延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。

毛細(xì)微孔氧傳感器和分壓氧傳感器

城市技術(shù)生產(chǎn)的氧氣傳感器根據(jù)進(jìn)入傳感器的氧氣的擴(kuò)散方式的不同分為兩種,一種是在傳感器頂部設(shè)有一毛細(xì)微孔,而另一種設(shè)有一層固體薄膜允許氣體通過。細(xì)孔傳感器測(cè)量的是氧氣濃度,而固體薄膜傳感器測(cè)量的是氧氣的分壓。

細(xì)孔傳感器產(chǎn)生的電流反映的是被測(cè)氧氣的體積百分比濃度,與氣體總壓力無關(guān)。但當(dāng)氧氣壓力瞬間發(fā)生變化時(shí),傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間電流,如果沒有控制好就會(huì)出現(xiàn)問題。同樣的問題在傳感器受到重復(fù)壓力脈沖時(shí)也會(huì)出現(xiàn),例如進(jìn)入傳感器的氣體是抽運(yùn)式的。對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的解釋如下所示：

壓力瞬變

當(dāng)細(xì)孔氧氣傳感器遇到急劇增壓或減壓,氣體將被迫通過細(xì)孔柵板(大流量)。氣體的增加(或減少)產(chǎn)生了一個(gè)瞬變電流信號(hào)。一旦情況重新穩(wěn)定不再有壓力脈沖,瞬變即告結(jié)束。此類瞬變可以通過儀器報(bào)警,這樣CityTech 就可以努力尋求解決方案以減小壓力影響。

所有城市技術(shù)的細(xì)孔氧氣傳感器都采用了抗大流量機(jī)制,見圖2。根本上來說,可以增加一個(gè)PTFE 抗大流量薄膜來減弱壓力變化帶來的瞬變影響。這層薄膜用一個(gè)金屬蓋或塑料蓋緊緊固定在細(xì)孔上,這個(gè)設(shè)計(jì)可以很大程度上減少信號(hào)的瞬間變化影響。

Figure 2 - Bulk Flow Membrane on Capillary Sensor

但某些壓力變化產(chǎn)生的瞬變力量超過了這種設(shè)計(jì)允許的范圍,特別是使用抽取式儀器對(duì)傳感器輸送氣體的設(shè)備。某些泵產(chǎn)生的氣體對(duì)CiTiceL 氧傳感器造成持續(xù)的壓力脈沖, 人為地增強(qiáng)了信號(hào)。在這種情況下,有必要在傳感器外設(shè)計(jì)一個(gè)氣體膨脹室減小對(duì)傳感器的壓力脈沖。

部分分壓型氧傳感器

毛細(xì)微孔控制氣體擴(kuò)散并不是控制氧氣進(jìn)入傳感器的方法,我們還可以使用一個(gè)非常薄的塑料薄膜覆蓋在傳感器頂部,使氧氣分子分散之后再能進(jìn)入傳感器

Figure 3 - Solid Membrane (partial pressure) oxygen sensor

氧氣進(jìn)入工作電極的流量由通過薄膜的氧氣的分壓決定。這意味著,傳感器的輸出信號(hào)與與混合氣體中氧氣的分壓是成比例的。大氣壓的變化將導(dǎo)致傳感器輸出電流的相應(yīng)變化。如果使用抽取式氣體輸送,在設(shè)備的設(shè)計(jì)階段就必須確保脈沖作用力不會(huì)對(duì)傳感器造成影響。

城市技術(shù)生產(chǎn)兩種部分分壓氧傳感器,AO2/AO3(汽車)和MOX(醫(yī)療),為固體薄膜式,響應(yīng)關(guān)系呈線性,量程為 0-。

線性關(guān)系

從細(xì)孔氧氣傳感器傳出的信號(hào)是非線性的,與氧濃度(c)有如下關(guān)系： Signal = constant ＊ ln [ 1/(1-C) ]

實(shí)際上,傳感器的輸出呈線性上升,直至氧氣濃度超過 30%時(shí)才出現(xiàn)偏差,給測(cè)量帶來困難。而分壓傳感器的線性輸出可以達(dá)到 氧氣(或 1.0 氧氣濃度百分比)。

溫度細(xì)孔和薄膜氧氣傳感器對(duì)對(duì)溫度的變動(dòng)都是敏感的,但敏感程度不同。

溫度對(duì)細(xì)孔氧氣傳感器的影響相對(duì)較小,通常溫度從+20°C 到–20°C 會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)損失10%。相對(duì)的,溫度對(duì)薄膜氧氣傳感器的影響要大得多,氣體擴(kuò)散通過薄膜是一個(gè)活動(dòng)的過程,通常10°C 的溫度變化就會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)輸出加倍。薄膜氧氣傳感器要求溫度的相對(duì)穩(wěn)定,因而許多CiTiceLs?產(chǎn)品帶有內(nèi)置熱敏電阻。

英國(guó)CITY氧氣傳感器典型應(yīng)用：

氣體 - 氧氣 應(yīng)用 - 工業(yè)安全 選擇 - 0-30%;

仟漁：/43374/