实战宝典 原创大赛 仪器问答 仪友会 总帖：8035575今日发帖：7 我的社区 签到
快速导航 采购仪器 提醒
其他仪器综合讨论
版主:
入住本版
专家:
居民列表

主题：【资料】在线分析仪…电化学篇…燃料电池式分析仪(收集)

浏览0 回复33 电梯直达
chengjingbao
头像
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
发表于：2008/11/17 09:55:25 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
该帖子已被madprodigy设置为精华；
虽然无人说好，我想我还是将我的培训资料发全了，我发的这些内容，基本上就是我的分析室人员培训基本理论，作为一个基本合格分析工，这些东西还是要掌握的。希望这些书上的东西，对我们这行的朋友有用！


第三节：燃料电池式氧分析仪
燃料电池是指原电池中的一种类型。原电池式氧分析仪中的电化学反应可以自发地进行，不需要外部供电，其综合反应是气样中的氧和阳极发生氧化反应，反应的结果生成阳极氧化物，这种反应类似于氧的燃料反应，所以这类原电池也称为“燃料电池”，以便与其他类型的原电池相区别，安装有这类原电池的分析仪，我们称之为燃料电池分析仪。由于阳极在反应中不断消耗，因而电池需要定期更换。
燃料电池式氧分析仪，既可以测量微量氧，也可以测量常量氧。若需要测量常量氧，其测量测量精度和长期使用的稳定性肯定不如顺磁氧效果好，且电池的寿命因与氧浓度有关，所以测量常量氧，其寿命也较短。因此，它测量常量只适合一般要求不高的场合。而测量微量氧，则是这类仪器的优势所在，它测量微量氧的下限为PPM级，而顺磁氧为：0.1%（1000PPM）O2，精度高的顺磁氧也只能达到0.01%（100PPM）O2。
过去为，燃料电池的电解质均采用电解液，近20年来，由于固体（糊状）电解质应用于燃料电池，为了便于区分，我们将者称之为液体燃料电池，后者称之为固体燃料电池。两者相比，固体燃料电池比液体燃料电池有一定的优越性，但固体能否取代液体，尚难预料！
在液体燃料电池中，我们根据燃料电池的性质，又将液体燃料电池分为碱性燃料电池和酸性燃料电池。
为您推荐
近期热榜
热门活动
您可能想找: 空气检测仪(CO、SO2、HCL、NOX) 询底价
选参数 看心得 找厂商 查方案
专属顾问快速对接
立即提交
相关阅读
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 9:59:04 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
一、    碱性液体燃料电池氧传感器
碱性液体燃料电池由银电极+铅电极+KOH碱性电解液组成，适合于一般场合，既可测微量氧，也可测常量氧。当样品气中含有酸性成分（如CO2、H2S、CL2、SO2、NOX等）时，会与碱性电解液起中和反应并对银电极有腐蚀作用，造成电解池性能的衰变，出现响应时间变慢、灵敏度降低等现象，因此它不适合酸性成分的气体测量。

1、    碱性液体燃料电池的结构和工作原理：

赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 10:01:03 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
上图为一款Teledyne公司的碱性液体燃料电池氧传感器的原理结构。它是由银电极+铅电极+KOH碱性电解液组成，接触金属片作为电极引线分别与阴极和阳极相连，电解液通过上表面阴极的众多圆孔外溢形成薄薄的一层电解质，电解质薄层的上面覆盖了一张可以渗透气体的聚四氟乙烯（PTFE）膜。
样品气经过渗透膜进入薄层电解质，气样中的氧在电池中进行下述电化学反应：



此反应是不可逆的，OH-离子流产生的电流与样品气中的氧的浓度成比例。在没有氧存在时，不会发生反应，也不会产生电流，传感器绝对零点。阳极的铅（Pb）在反应中不断变成氧化铅，直到铅电极耗尽为止，就象某些燃料被氧化烧尽一样。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 10:01:48 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
2、    性能指标：
测量量程：微量：0…5PPM、0…10、0…100、0…1000PPM；
          常量：0…1%、0…5%、0…25%；
检测灵敏度：0.01PPM；
重复性误差：±1%FS或±0.1PPM；
工作压力：≤0.1MPA；
工作温度：0…50℃；
3、    注意事项：
①、燃料电池的寿命与所测氧的浓度有关，浓度越大，阳极消耗越多，电池寿命越短。一旦电池达到寿命，读数锐减为零，此时应更换燃料电池。
②、仪器正常维护量较小，通常3个月量程气单标一次即可。接近电池寿命耗尽的时候，可通过读数变化或标定时，电位补偿的圈数来判断，新电池一般为4圈左右，快耗尽的电池，一般在7圈以上，一旦达到7圈，就应考虑更换电池，否则，其后的测量数值就会明显不准且反应速度慢。
③、电池的正常寿命一般为半年左右，从出厂日算起，常备的备用电池要考虑时效性，不要一味储存燃料电池。
④、燃料电池的储存，最好将燃料电池密封袋置于充氮保护中。需要更换时再打开密封袋。
注意：备用的燃料电池的短路环应插入短路端中，一旦取下短路环，需将电池迅速装入分析仪测量腔中。
⑤、分析仪停用期间，最好使用零点氮气进行吹扫保护或将仪器测量腔两端的截止阀关闭。
注意1：通常零点氮气的吹扫保护，要比关阀保护效果要好，建议采用此招。
注意2：高含量的氧（包括空气）渗入燃料电池测量腔，对燃料电池的寿命影响极大，千万要注意！
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 10:02:25 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
二、    酸性液体燃料电池氧传感器
酸性液体燃料电池由金阴极+铅阳极（石墨阳极等）+醋酸电解液组成，适用于样品气中含有酸性成分的场合，如烟道气的分析，但不适合于含碱性成分（NH3）的气体测量。它通常只能测量常量氧，不能用于微量氧的测量。
下图为一种酸性液体料燃电池氧传感器的原理结构图。其阴极是金（Au）电极，阳极是石墨（C）电极，电解液为醋酸（乙酸：CH3COOH）溶液。该燃料电池可以表示为：
阴极Au│CH3COOH│C阳极

注意：金电极对燃料电池是阴极，发生还原反应，放出电子；
      但对于外电路来说是正极，获得电子。
同样，石墨电极对燃料电池是阳极，发生氧化反应，得到电子；但对于外电路来说是负极，供应电子。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:45:37 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊


测量过程：
样气中的氧分子通过FEP（聚全氟乙丙烯）氧扩散膜进入燃料电池，在电极上发生如下电化学反应：

赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:49:15 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
反应产生的电流与氧含量成正比。
下面介绍的是以铅电极为阳极的酸性燃料电池：
A、结构组成图：


B、测量原理图：


电极反应如下：

赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:49:47 7楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
燃料电池输出的电流与氧的浓度成正比，此电流信号通过测量电阻和热敏电阻转换成电压信号。温度补偿是由热敏电阻实现的，热敏电阻装在传感器组件里面，监视电池内的温度并改变电阻值。因此，传感器的输出不随温度而变化，只与氧浓度有关，此信号经前置放大器放大后送入微处理器中进行处理，然后以4…20mA电流信号或数字信号的形式输出。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:55:25 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
三、    固体燃料电池氧传感器
1、用于常量分析的固体燃料电池：
下图为CiTiceLs(城市技术)固体燃料电池氧传感器的原理结构，该型燃料电池用于常量氧分析。


在电池顶部有一毛细孔，样品气进入电池的多少取决于孔隙的大小。
当气体中的氧到达工作电极（银电极）时，立即被分解成羟基离子：


这些羟基离子穿过KOH糊状电解质到达铅电极，发生如下反应：

赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:56:25 9楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
集电极收集电流信号，并通过一个外接电阻转换成电压信号（电势差），电池的电势差与样气中的氧含量有关。
这种电池的检测器属于裸露结构，产生的电流和单位时间内进入电池的氧量（样品气中的氧浓度*进入电池的流量）成比例。
当样气压力突然改变时（如泵不稳定），进入电池的流量也会发生改变，此时电池将产生瞬间过大（过小）电流，这种情况在使用过程中一定要加以克服，否则，将产生错误报警，影响使用。
为了克服这种情况，在电池毛细孔的上边通常会加装一片抗大流量透气隔膜，如图：


注意：当样气压力变化有可能超出抗大流量膜的承受范围，应在气路上加装阻尼阀和设置旁路，这样，电池所面对的压力脉动就会减少。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
Last edit by chengjingbao
chengjingbao
chengjingbao
结帖率：
100%
关注：0 |粉丝：0
新手级： 新兵
2008/11/17 11:58:58 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
2、用于微量分析的固体燃料电池：

固体微量燃料电池与固体常量燃料电池的不同之处是：在电池入口处加装了一层薄的聚四氟乙烯渗透膜，用一个大面积的孔代替了毛细孔。

看下图
它产生的电流和样气中的氧成比例，对样气流量和压力波动并不敏感。这是由于聚四氟乙烯渗透膜的渗透速率和氧的压力梯度有关。当样气流量变化时，只要氧的浓度不变，氧的分压和渗透速率也不会变化，由于聚四氟乙烯渗透膜的阻尼作用，样气压力的瞬时变化对其影响也较小。
    由于电化学反应引起的铅的氧化作用，使得这种检测器都有一定使用期限，一旦铅块完全氧化，检测器将停止工作，其工作寿命一般为1…2年，但可以通过增加阳极尺寸或限制接触阳极的氧量来延长其使用寿命。
赞贴
0
收藏
0
拍砖
0
举报
猜你喜欢 最新推荐 热门推荐
头像
高级回复 发表评论
品牌合作伙伴
岛津
日立科学仪器
珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）
日本电子株式会社
丹纳赫
安捷伦
赛默飞世尔科技
普析通用
欧波同
天美
天瑞仪器
德国耶拿
海能技术
马尔文帕纳科
磐诺科技
上海仪电科仪
梅特勒托利多
聚光科技
莱伯泰科
盛瀚
多宁生物
丹东百特
科哲
卓立汉光
屹尧科技
华谱科仪
宝德仪器
优莱博
HORIBA
布鲁克核磁