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氧氣傳感器在節(jié)能減排領(lǐng)域中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2013-11-05 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著全球工業(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(guó)務(wù)院發(fā)布的《“十二五”規(guī)劃》中,國(guó)家對(duì)重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)領(lǐng)域的措施和目標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化和量化。在此前提下,與煙氣排放、燃燒效率監(jiān)控相關(guān)的排放監(jiān)測(cè)儀器、儀表市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。為適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的業(yè)務(wù)需求和發(fā)展趨勢(shì),英國(guó)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(shè)計(jì)的長(zhǎng)效無(wú)鉛氧傳感器——4OXeco LP。

傳統(tǒng)含鉛

傳統(tǒng)用于排放氣體檢測(cè)的可認(rèn)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(xì)管進(jìn)入傳感器,陰陽(yáng)極通過(guò)電流收集導(dǎo)線(xiàn)與傳感器的兩個(gè)引腳相連,如圖1所示:

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當(dāng)氧氣到達(dá)工作電極時(shí),發(fā)生還原反應(yīng):

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產(chǎn)生的氫氧根(OH-)通過(guò)電解液到達(dá)鉛電極,鉛電極發(fā)生氧化反應(yīng):

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通過(guò)外接一只已知電阻將電流轉(zhuǎn)換成電壓,就可以計(jì)算出氧氣的濃度。

含鉛雖說(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(nèi)部為堿液,使用時(shí)間長(zhǎng)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(xiàn)在雖有RoHS和WEEE的豁免權(quán),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(zhuǎn)的環(huán)保大趨勢(shì)。

(3) 重量大,體積大。為延長(zhǎng)傳感器壽命,需要多增加鉛的重量。

長(zhǎng)效無(wú)鉛氧氣傳感器技術(shù)特點(diǎn)

針對(duì)含鉛氧氣傳感器的缺點(diǎn),第二代三電極長(zhǎng)壽命無(wú)鉛氧氣傳感器4OXeco LP應(yīng)運(yùn)而生?!癳co”意味著“經(jīng)濟(jì)”,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(yīng):

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然后,在對(duì)電極上,水發(fā)生氧化反應(yīng)并重新生成氧氣:

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因?yàn)楣ぷ髟淼牟顒e,長(zhǎng)壽命無(wú)鉛氧氣傳感器的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下:

(1) 壽命長(zhǎng)。整個(gè)反應(yīng)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(tǒng)鉛氧傳感器的陽(yáng)極電極燃料耗盡的問(wèn)題。4OXeco LP獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極好地控制了傳感器內(nèi)部電解液的揮發(fā),因此它的使用壽命也大大超過(guò)傳統(tǒng)的氧氣傳感器。在0℃-60℃的溫度范圍及40% - 75%相對(duì)濕度范圍內(nèi),這款傳感器使用壽命可以超過(guò)5年。

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