什么是氧氣傳感器
氧氣傳感器簡單來說是一個(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。
氧氣傳感器工作原理
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-?>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-?>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量產(chǎn)生的電勢差，這樣就可以準(zhǔn)確測量出氧氣的濃度。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完全被氧化，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傳感器的使用壽命。
毛細(xì)微孔氧傳感器和分壓氧傳感器
氧氣傳感器分類
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)孔傳感器測量的是氧氣濃度，而固體薄膜傳感器測量的是氧氣的分壓。
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。
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)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
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