電化學(xué)式有鉛氧氣傳感器以選擇性好、靈敏度高、輸出線性等特點在氧氣傳感器領(lǐng)域占有一定的優(yōu)勢,并已在工業(yè)安全、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等方面有較廣泛的應(yīng)用。
電化學(xué)式氧氣傳感器的工作原理是當(dāng)被測氣體氧分子通過透氣膜即可在傳感器內(nèi)發(fā)生氧化—還原反應(yīng),當(dāng)氧分子到達(dá)正極表面時,發(fā)生還原反應(yīng),同時負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。
在實際中,傳感器預(yù)期壽命主要取決于傳感器使用中所暴露的氣體濃度以及其它環(huán)境條件,如溫度、壓力和濕度,另外,環(huán)境的污染程度(比如灰塵顆粒,揮發(fā)性溶劑會降低催化劑活性),以及使用不當(dāng)(劇烈震動如跌落,碰撞等),也會造成傳感器意外損壞。
電化學(xué)式有鉛氧氣傳感器的壽命影響因素主要有以下幾方面:
與有毒氣體傳感器不同,有鉛氧氣傳感器長期持續(xù)暴露在目標(biāo)氣體中。在通常的氧氣監(jiān)測應(yīng)用中,傳感器工作環(huán)境的氧氣濃度一般為20.9%,這就會在鉛陽極上引起化學(xué)反應(yīng),從而造成陽極的逐漸消耗。所以,傳感器通過與氧氣反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生電流的能力取決于電解質(zhì)中鉛的含量,而氧濃度的不同也決定的傳感器的壽命。
電化學(xué)傳感器溫度范圍一般是-30℃到50℃。電化學(xué)傳感器內(nèi)部有酸性或堿性電解液,在高溫的環(huán)境中水分會蒸發(fā)或迅速增加,從而造成電解液損失或漏液。*終的現(xiàn)象就是響應(yīng)時間T90變長,回零時間變長,靈敏度變低,甚至無響應(yīng)。*嚴(yán)重的情況是高溫低濕(HTLH)和高溫高濕(HTHH)的情況。
當(dāng)濕度小于15%RH的時候,如果長期使用,傳感器內(nèi)電解液逐漸失水,催化劑慢慢變干,氣體催化的效率和離子轉(zhuǎn)移的效率會變低。所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是:靈敏度變低,響應(yīng)時間變長,回零時間變長,整個測量過程變得不可控,這時,傳感器就失效了,需要更換。
當(dāng)濕度大于90%RH的時候,如果長期使用,傳感器內(nèi)部電解液會逐漸吸水,催化劑慢慢被電解液漫過,催化劑很難接觸到氣體,氣體催化的效率會變低。所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是:靈敏度變低,響應(yīng)時間變長,嚴(yán)重的,電解液吸水過多會漫出傳感器。這時,傳感器就失效了,需要更換。
另外,長期在潮濕環(huán)境下工作,會導(dǎo)致傳感器金屬腳位氧化,在銅腳表面形成一層絕緣物,引起接觸不佳。
傳感器內(nèi)部有液體,其壓力范圍不會很寬,通常都是1±0.2大氣壓。壓力過大,傳感器可能會導(dǎo)致漏氣或漏液,壓力過小,電解液也會從傳感器頂部“漫”出來,導(dǎo)致傳感器失效。
5.其它因素
環(huán)境的污染程度,比如灰塵顆粒濃度,揮發(fā)性有機(jī)溶劑氣體會降低催化劑活性,堵塞進(jìn)氣通道或破壞傳感器電極。強(qiáng)烈的震動和機(jī)械沖擊也可能會損傷鉑電極、連接條(某些傳感器中是金屬線)和接口連接在一起的焊點,從而損壞傳感器。
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