氧含量測量方法：燃料電池法
2.3 堿式燃料電池化學反應過程
當樣氣中的氧分子從底部通過擴散的方式進入電池后，在陰極獲取電子，與電解液中的水一起生成氫氧根離子，發(fā)生如下化學反應∶
（陰極）O2 +2H2O＋4e-→4OH-
當氧在陰極消耗的同時，陽極鉛則與氫氧根離子發(fā)生反應不斷地被氧化，發(fā)生如下化學反應 ∶
（陽極）Pb ＋4OH-→PbO+2H2O＋4e-
因此總反應可以理解為∶ 2Pb ＋O2 →2PbO。
2.4 酸式燃料電池的特點
酸式燃料電池種類也很繁多，其結(jié)構形式與堿性燃料電池基本相同，也是由電解質(zhì)、陰極與陽極組成，例如美國 TELEDYNE 公司生產(chǎn)的 A-2C 型燃料電池式傳感器，其結(jié)構組成與圖 1相同，但其陰極使用鍍金材料，電解質(zhì)使用 5% (體積分數(shù)，下同）的醋酸和5% 的醋酸鉀混合溶液，而陽極仍使用金屬鉛，化學化應過程與堿式燃料電池一致。
3 燃料電池式微量氧氣體分析儀的應用
燃料電池式氧氣體分析儀的使用較為廣泛，既可用于測量微量氧，也可用于測量常量氧(區(qū)別在于滲透膜的厚度）。但在測量常量氧時其測量精度和長期使用的穩(wěn)定性均不如磁式微量氧氣體分析儀，只適用于要求不高的場所。但在測量微量氧時，燃料電池式微量氧氣體分析儀則具有較大優(yōu)勢，測量下限可達 0.1 ×10-6，而磁式氧分析儀的測量下限一般為 0.1%。因此燃料電池式微量氧氣體分析儀一般應用于專業(yè)的高純氣體生產(chǎn)以及對氧含量需精準控制的電子生產(chǎn)廠家等。
（1）堿式燃料電池式氧分析儀不可用于測量含有酸性氣體 例如∶ 二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氨氧化物、氰化氫、氯化氫）以及會與陰、陽極物質(zhì)發(fā)生反應的氣體。例如采用銀材質(zhì)作為陰極，鉛材質(zhì)作為陽極，就應避免樣氣中含有鹵素、氯和過氧化合物等，這些物質(zhì)會破壞電池原有的結(jié)構和組成成分。
（2）酸式燃料電池可用于測量含有二氧化碳的氣體，但不可用于測量含有堿性氣體的樣氣，以及會與陰、陽極物質(zhì)發(fā)生反應的氣體。
（3）燃料電池的放電電流與溫度呈正指數(shù)關系，當溫度升高時，電流將顯著增大，只有在恒溫條件下或進行溫度補償方能確保測量的精確性。而由于燃料電池一般都在環(huán)境溫度下工作，因此絕大部分燃料電池均采用溫度補償方式來修正測量數(shù)據(jù)。 當工作溫度低于零度時，為防止電解液凍結(jié)而使導電性能降低，必須進行加熱或保溫處理。
（4）相比裸露式燃料電池，隔膜式具有測量量程范圍更寬、抗污染能力更強、對樣氣流量變化不敏感等特點，得到更為廣泛的應用。但隔膜式燃料電池在使用過程中應避免發(fā)生樣氣超壓或壓力突變的現(xiàn)象，這些都將可能造成滲透膜破裂。而滲透膜一旦破裂，電解液就會滲出，傳感器立即失效。
（5）燃料電池的測量信號與樣氣中的氧分壓成正比關系，測量信號不但與樣氣中的氧濃度有關系，還與樣氣的壓力成正比。因此必須使燃料電池盡可能處于穩(wěn)壓狀態(tài)，讀數(shù)才能夠準確。如果大量氧分子進入了燃料電池內(nèi)部，只有氧化反應完成后方能重新響應到樣氣中的氧分子含量，故此燃料電池具有氧讀數(shù)上升速度較快但下降速度慢的特點。此時可適當增大樣氣流量，加大燃料電池內(nèi)樣氣的置換速率，使傳感器能更快地響應到樣氣中氧含量的讀數(shù)。
（6）燃料電池式傳感器屬于原電池傳感器，無需外部供電，其電化學反應可自發(fā)進行。因此，當樣氣中含有氧時，燃料電池就會存在消耗。氧含量越大，消耗越大，當超過儀器的最大設計量程時，需停止分析儀工作。此時應將燃料電池封閉或通入微量氧含量較低的氣體將傳感器保護起來，以防空氣中的氧滲透到傳感器，造成不必要的消耗。
（7）燃料電池的測量必須伴有電化學反應才能進行，因此燃料電池屬消耗型傳感器，具有一定的使用壽命。其使用壽命的長短與被測氣體中的氧含量有很大的關系。即使是短期通入了高氧含量的氣體或是會與陰、陽極材料發(fā)生反應的氣體，都有可能會大大縮短使用壽命或直接使其失效。因此一般生產(chǎn)廠家都會在燃料電池內(nèi)填充足夠量的陽極材料，以便獲得一個較大的電化學反應容量。但在實際應用過程中，當燃料電池使用壽命的末期到來時，并非是陽極材料完全被氧化，而是在陽極生成的氧化物覆蓋在了陽極材料的表面，或是在陰極表面水分散失，使電化學反應無法再繼續(xù)進行。一旦如此，各種廠家生產(chǎn)的燃料電池所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象也各不相同，有些為持續(xù)的讀數(shù)上升，而有些則表現(xiàn)為讀數(shù)下降。這都有賴于燃料電池的設計及使用過程的控制，應嚴格按照廠家的技術說明來判斷，不能一概而論。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術支持
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