Teledyne Class L－2C氧傳感器

Teledyne微燃料電池原理:

    Teledyne氧 傳感器是一個(gè)微燃料電池，該電池由TAI公司設(shè)計(jì)和制造。是密封的、一次性的電化學(xué)傳感器。

    微燃料電池的反應(yīng)構(gòu)件有：一個(gè)陰極、一個(gè)陽(yáng)極以及浸泡它們的水溶KOH電解液，濃度為15%。電池將化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換為外部電子電路的電流。它的原理類似于一個(gè)蓄電池。

    但是，微－燃料電池與蓄電池在工作原理上有一個(gè)很大的不同：在蓄電池中，所有的反應(yīng)物都是在電池內(nèi)的；而微燃料電池中，其中的一個(gè)反應(yīng)物（氧）來(lái)自于設(shè)備外部，即一個(gè)被連續(xù)分析的樣氣。因此可以說(shuō)，微－燃料電池是蓄電池與一個(gè)真正燃料電池的混血兒。（在一個(gè)真正的燃料電池中，所有的反應(yīng)物都儲(chǔ)存在設(shè)備外。）

解析微燃料電池

   微燃料電池是一個(gè)圓柱體，直徑是1又1/4英寸，高度為1又 1/4英寸。它由耐腐性極強(qiáng)的塑料制成，幾乎可以**地放在任何環(huán)境和采樣氣流中。盡管一端可以透過(guò)樣氣中的氧，它仍具有很好的密封性。電池的另一端是由兩個(gè)同心金屬圓環(huán)組成的觸點(diǎn)板，圓環(huán)與傳感器架上的彈簧觸點(diǎn)相接，提供與分析儀其他部分的電路連接。 電池的頂部是一特氟隆的擴(kuò)散膜，其厚度控制得非常**。擴(kuò)散膜的下面是氧感應(yīng)元件—陰極，其表面積大約4cm²，表面鍍有耐腐金屬。陰極上打有許多小孔，以確保其上表面可被電解液充分浸潤(rùn)。

   陽(yáng)極位于陰極之下，由鉛制成。它采用了一種**技術(shù)，可以使盡可能多的金屬參與化學(xué)反應(yīng)。

   在電池的底部、陽(yáng)極的正下方，是一塊柔性的膜。電池使用過(guò)程中內(nèi)部體積會(huì)發(fā)生變化，該膜就是用來(lái)適應(yīng)這變化的。這種柔韌性確保了感應(yīng)膜能保持在正確的位置上，從而保證電流輸出的穩(wěn)定。

   在陰極上方的擴(kuò)散膜和陽(yáng)極下方的柔性底膜之間充滿了電解液。陰極和陽(yáng)極浸泡在同一個(gè)電解池中。它們各自有一個(gè)觸點(diǎn)與電池底部觸點(diǎn)盤上的外部觸點(diǎn)環(huán)相連。

  電化學(xué)反應(yīng):

樣氣通過(guò)特氟隆膜擴(kuò)散滲入。樣氣中的氧在陰極表面發(fā)生反應(yīng)而減少，其半反應(yīng)式如下：

O₂ + 2H₂O + 4e^-  à4 OH^-           （陰極）

（在電解液中有水存在的情況下，4個(gè)電子與1個(gè)氧分子結(jié)合，生成4個(gè)氫氧根離子。）

   ??氧在陰極被消耗的同時(shí)，鉛在陽(yáng)極不斷地被氧化，其半反應(yīng)式為：

   2Pb+4OH^-à2Pb^＋2 + 2H₂O +4e^-       （陽(yáng)極）

   （被氧化時(shí)，每個(gè)鉛原子失去2個(gè)電子。因此需要進(jìn)行2個(gè)上述半反應(yīng)才可以與1個(gè)陰極的半反應(yīng)保持電子轉(zhuǎn)移的平衡，輸出4個(gè)電子。）

   當(dāng)提供了一個(gè)外部電路時(shí)，從陽(yáng)極表面釋放的電子就會(huì)流向陰極表面。電流大小與到達(dá)陰極的氧的數(shù)量成比例。該電流被用來(lái)測(cè)量混合氣體中的氧濃度。

燃料電池的全反應(yīng)是半反應(yīng)的結(jié)合，或是：

    2Pb +O₂ à2PbO

   (在樣氣中沒(méi)有物質(zhì)（如溴、碘、氯、氟）可以氧化鉛的情況下，該反應(yīng)式成立。)

   燃料電池的輸出受以下因素影響：（1）當(dāng)時(shí)電池中的氧。（2）陽(yáng)極材料的儲(chǔ)有量。在無(wú)氧的情況下，沒(méi)有電流產(chǎn)生。