便攜式氮氧化物分析儀TFS-NOX工作原理

便攜式氮氧化物分析儀采用進(jìn)口電化學(xué)傳感器,，電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作,。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極(或工作電極)和反電極組成,，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi),。 氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng),，然后是憎水屏障,，zui終到達(dá)電極表面,。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號(hào),，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。 穿過(guò)屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng),，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理,。這些反應(yīng)由針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。 通過(guò)電極間連接的電阻器,，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng),。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。由于該過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電流,，電化學(xué)傳感器又常被稱(chēng)為電流氣體傳感器或微型燃料電池,。 
　　在實(shí)際中,，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化發(fā)應(yīng)，傳感電極電勢(shì)并不能保持恒定,，在經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后,，它會(huì)導(dǎo)致傳感器性能退化。為改善傳感器性能,，人們引入了參考電極,。 
　　參考電極安裝在電解質(zhì)中，與傳感電極鄰近,。固定的穩(wěn)定恒電勢(shì)作用于傳感電極,。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒(méi)有電流流動(dòng),。氣體分子與傳感電極發(fā)生反應(yīng),，同時(shí)測(cè)量反電極，測(cè)量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關(guān),。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對(duì)目標(biāo)氣體,。 
　　電化學(xué)傳感器包含以下主要元件： 
　　A. 透氣膜(也稱(chēng)為憎水膜)：透氣膜用于覆蓋傳感(催化)電極，在有些情況下用于控制到達(dá)電極表面的氣體分子量,。此類(lèi)屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成,。這類(lèi)傳感器稱(chēng)為鍍膜傳感器?；蛘?，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆蓋，而用毛管控制到達(dá)電極表面的氣體分子量,。此類(lèi)傳感器稱(chēng)為毛管型傳感器,。除為傳感器提供機(jī)械性保護(hù)之外，薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能,。為傳送正確的氣體分子量,，需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許足量的氣體分子到達(dá)傳感電極,。孔徑尺寸還應(yīng)該防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏或迅速燥結(jié),。 
　　B. 電極：選擇電極材料很重要,。電極材料應(yīng)該是一種催化材料，能夠執(zhí)行在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行半電解反應(yīng),。通常,，電極采用貴金屬制造，如鉑或金，在催化后與氣體分子發(fā)生有效反應(yīng),。視傳感器的設(shè)計(jì)而定,，為完成電解反應(yīng)，三種電極可以采用不同材料來(lái)制作,。 
　　C. 電解質(zhì)：電解質(zhì)必須有夠促進(jìn)電解反應(yīng),，并有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須與參考電極形成穩(wěn)定的參考電勢(shì)并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容,。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過(guò)于迅速,，傳感器信號(hào)會(huì)減弱。 
　　D. 過(guò)濾器：有時(shí)候傳感器前方會(huì)安裝洗滌式過(guò)濾器以濾除不需要的氣體,。過(guò)濾器的選擇范圍有限,，每種過(guò)濾器均有不同的效率度數(shù)。多數(shù)常用的濾材是活性炭,，如圖5所示,。活性炭可以濾除多數(shù)化學(xué)物質(zhì),，但不能濾除一氧化碳,。通過(guò)選擇正確的濾材，電化學(xué)傳感器對(duì)其目標(biāo)氣體可以具有更高的選擇性,。 
　　電化傳感器的制造方法多種多樣,，zui終取決于要檢測(cè)的氣體和制造商。然而,，傳感器的主要特性在本質(zhì)上非常相似,。以下介紹電化傳感器的一些共同特性： 
　　1．在三電極傳感器上，通常由一個(gè)跳線來(lái)連接工作電極和參考電極,。如果在儲(chǔ)存過(guò)程中將其移除,， 則傳感器需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)保持穩(wěn)定并準(zhǔn)備使用。某些傳感器要求電極之間存在偏壓,，而且在這種情況下,，傳感器在出廠時(shí)帶有九伏電池供電的電子電路。傳感器穩(wěn)定需要30分鐘至24小時(shí),，并需要三周時(shí)間來(lái)繼續(xù)保持穩(wěn)定,。 
　　2．多數(shù)有毒氣體傳感器需要少量氧氣來(lái)保持功能正常。傳感器背面有一個(gè)通氣孔以達(dá)到該目的,。建議在使用非氧氣背景氣應(yīng)用場(chǎng)合中與制造商執(zhí)行復(fù)檢,。 
　　3．傳感器內(nèi)電池的電解質(zhì)是一種水溶劑，用憎水屏障予以隔離,，憎水屏障具有防止水溶劑泄漏的作用。然而,，和其它氣體分子一樣,，水蒸汽可以穿過(guò)憎水屏障,。在大濕度條件下，長(zhǎng)時(shí)間暴露可能導(dǎo)致過(guò)量水分蓄積并導(dǎo)致泄漏,。在低潮濕條件下,，傳感器可能燥結(jié)。設(shè)計(jì)用于監(jiān)控高濃度氣體的傳感器具有較低孔率屏障以限制通過(guò)的氣體分子量,，因此它不受濕度影響,，和用于監(jiān)控低濃度氣體的傳感器一樣，這種傳感器具有較高孔率屏障并允許氣體分子自由流動(dòng),。 
　　壓力與溫度 
　　電化學(xué)傳感器受壓力變化的影響極小,。然而，由于傳感器內(nèi)的壓差可能損壞傳感器,，因此整個(gè)傳感器必須保持相同的壓力,。電化學(xué)傳感器對(duì)溫度也非常敏感，因此通常采取內(nèi)部溫度補(bǔ)償,。但盡量保持標(biāo)準(zhǔn)溫度,。 
　　一般而言，在溫度高于25°C時(shí),，傳感器讀數(shù)較高,；低于25°C時(shí)，讀數(shù)較低,。溫度影響通常為每攝氏度0.5%至1.0%,，視制造商和傳感器類(lèi)型而定。 
　　選擇性 
　　電化學(xué)傳感器通常對(duì)其目標(biāo)氣體具有較高的選擇性,。選擇性的程度取決于傳感器類(lèi)型,、目標(biāo)氣體以及傳感器要檢測(cè)的氣體濃度。的電化學(xué)傳感器是檢測(cè)氧氣的傳感器,，它具有良好的選擇性,、可靠性和較長(zhǎng)的預(yù)期壽命。其它電化學(xué)傳感器容易受到其它氣體的干擾,。干擾數(shù)據(jù)是利用相對(duì)較低的氣體濃度計(jì)算得出,。在實(shí)際應(yīng)用中，干擾濃度可能很高,，會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤或誤報(bào)警,。 
　　預(yù)期壽命 
　　電化學(xué)傳感器的預(yù)期壽命取決于幾個(gè)因素，包括要檢測(cè)的氣體和傳感器的使用環(huán)境條件,。一般而言,，規(guī)定的預(yù)期壽命為一至三年。在實(shí)際中，預(yù)期壽命主要取決于傳感器使用中所暴露的氣體總量以及其它環(huán)境條件,，如溫度,、壓力和濕度。 
　　小結(jié) 
　　電化學(xué)傳感器對(duì)工作電源的要求很低,。實(shí)際上,，在氣體監(jiān)測(cè)可用的所有傳感器類(lèi)型中，它們的功耗是zui低的,。因此,，這種傳感器廣泛用于包含多個(gè)傳感器的移動(dòng)儀器中。它們是有限空間應(yīng)用場(chǎng)合中使用zui多的傳感器,。 
　　傳感器的預(yù)期壽命由其制造商根據(jù)他們認(rèn)為正常的條件進(jìn)行預(yù)測(cè),。然而，傳感器的預(yù)期壽命很大程度上取決于環(huán)境污染,、溫度及其暴露的濕度,。 
　　典型的電化學(xué)傳感器的規(guī)格 
　　傳感器類(lèi)型：2或3電極，通常為3電極 
　　范圍：可允許暴露極限的2-10倍 
　　預(yù)期壽命：正常為12至24個(gè)月,，取決于制造商與傳感器 
　　溫度范圍：–40°C至+45°C 
　　相對(duì)濕度：15-95%,，無(wú)凝露 
　　響應(yīng)時(shí)間：< 50秒 
　　長(zhǎng)期偏移：每月下移2% 

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