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氧氣傳感器在節能減排領(lǐng)域中的應用
作者：
時(shí)間：2013-11-05
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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隨著(zhù)全球工業(yè)化的發(fā)展，化石能源在大量消耗的同時(shí)，也給環(huán)境帶來(lái)了不小的影響。在國務(wù)院發(fā)布的《節能減排“十二五”規劃》中，國家對重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)領(lǐng)域的節能減排措施和目標進(jìn)行了細化和量化。在此前提下，與煙氣排放、燃燒效率監控相關(guān)的排放監測儀器、儀表市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)。為適應中國市場(chǎng)的業(yè)務(wù)需求和發(fā)展趨勢，英國城市技術(shù)公司于2012年底發(fā)布了一款專(zhuān)為煙氣分析而設計的長(cháng)效無(wú)鉛氧傳感器——4OXeco LP。
傳統含鉛氧氣傳感器
傳統用于排放氣體檢測的氧氣傳感器可認為是二電極的金屬-空氣型電池，它由空氣陰極，鉛陽(yáng)極和堿性電解液組成。陰極是涂有活性催化劑的一片聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，陽(yáng)極是一個(gè)鉛塊，它們被包裹在一個(gè)金屬或塑料的密封容器中?？諝馔ㄟ^(guò)頂部的毛細管進(jìn)入傳感器，陰陽(yáng)極通過(guò)電流收集導線(xiàn)與傳感器的兩個(gè)引腳相連，如圖1所示： 
當氧氣到達工作電極時(shí)，發(fā)生還原反應： 
產(chǎn)生的氫氧根(OH-)通過(guò)電解液到達鉛電極，鉛電極發(fā)生氧化反應： 
通過(guò)外接一只已知電阻將電流轉換成電壓，就可以計算出氧氣的濃度。
含鉛氧氣傳感器雖說(shuō)已經(jīng)有三十多年的歷史，但也存在其局限性：
(1) 燃燒產(chǎn)物影響使用壽命。燃燒產(chǎn)物一般都含二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NO X)和二氧化硫(SO2)等酸性氣體。而傳感器內部為堿液，使用時(shí)間長(cháng)之后，堿液PH值下降，燃料鉛也會(huì )加速消耗，從而縮短傳感器壽命。
(2) 不符合無(wú)鉛要求。含鉛的傳感器現在雖有RoHS和WEEE的豁免權，但無(wú)鉛傳感器將逐漸取代含鉛的傳感器，已經(jīng)成為不可逆轉的環(huán)保大趨勢。
(3) 重量大，體積大。為延長(cháng)傳感器壽命，需要多增加鉛的重量。
長(cháng)效無(wú)鉛氧氣傳感器技術(shù)特點(diǎn)
針對含鉛氧氣傳感器的缺點(diǎn)，第二代三電極長(cháng)壽命無(wú)鉛氧氣傳感器4OXeco LP應運而生?！癳co”意味著(zhù)“經(jīng)濟”，而“LP”意思是“低功耗”。
首先，從工作原理上看，氧氣在4OXeco LP的工作電極上發(fā)生還原反應： 
然后，在對電極上，水發(fā)生氧化反應并重新生成氧氣： 
因為工作原理的差別，長(cháng)壽命無(wú)鉛氧氣傳感器的優(yōu)點(diǎn)總結如下：
(1) 壽命長(cháng)。整個(gè)反應中，高活性的電極只起到了催化氧化或還原的作用，沒(méi)有任何的消耗，這樣就避免了傳統鉛氧傳感器的陽(yáng)極電極燃料耗盡的問(wèn)題。4OXeco LP獨特的結構設計極好地控制了傳感器內部電解液的揮發(fā)，因此它的使用壽命也大大超過(guò)傳統的氧氣傳感器。在0℃-60℃的溫度范圍及40% - 75%相對濕度范圍內，這款傳感器使用壽命可以超過(guò)5年。
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