煙氣分析儀常用電化學傳感器原理及結構

煙氣分析儀是對有害氣體如二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳等排放以及氧含量的氣體檢測的儀器。用于燃油、燃氣鍋爐污染排放、煙道氣及污染源附近的環境監測。氣體傳感器是煙氣分析儀檢測氣體的核心,常用氣體傳感器多為電化學傳感器。

電化學氣體傳感器性能比較穩定,壽命較長,耗電很小,對氣體的響應快,不受濕度的影響,分辨率一般可以達到011μmol/mol(隨傳感器不同有所不同)。它的溫度適應性也比較寬(有時可以在-40℃到50℃間工作)。然而,它受讀數溫度變化的影響也比較大。所以很多儀器都有軟硬件的溫度補償處理。

同時電化學式傳感器又具有體積小、操作簡單、攜帶方便、可用于現場監測及成本低等優點,所以,在目前各類氣體檢測設備中,包括煙氣分析儀,電化學氣體傳感器占有很重要的地位。

按照檢測原理的不同,電化學氣體傳感器主要分為金屬氧化物半導體式傳感器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、紅外式傳感器、PID光離子化傳感器等等。目前,煙氣分析儀中使用較多的是定電位電解式氣體傳感器和迦伐尼電池式氧氣傳感器。

定電位電解式氣體傳感器工作原理是:使電極與電解質溶液的界面保持一定電位進行電解,通過改變其設定電位,有選擇地使氣體進行氧化或還原,從而能定量檢測各種氣體。其結構是:在一個塑料制成的筒狀池體內安裝工作電極、對電極和參比電極,在電極之間充滿電解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接,在電極之間施加了一定的電位,使傳感器處于工作狀態。氣體在電解質內的工作電極發生氧化或還原反應,在對電極發生還原或氧化反應,電極的平衡電位發生變化,變化值與氣體濃度成正比。可測量SO2、NO、NO2、CO、H2S等氣體,但這些氣體傳感器靈敏度卻不相同,靈敏度從高到低的順序是H2S、NO、NO2、SO2、CO,響應時間一般為幾秒至幾十秒,一般小于1min;它們的壽命,短的只有半年,長則2年、3年,而有的CO傳感器長達幾年。

伽伐尼電池式氣體傳感器與定電位電解式一樣,通過測量電解電流來檢測氣體濃度。但由于傳感器本身就是電池,所以不需要由外界施加電壓。這種傳感器主要是用于O2的檢測,檢測缺氧的儀器幾乎都使用這種傳感器。隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器的結構:在塑料容器的一面裝有對氧氣透過性良好的、厚10～30μm的聚四氟乙烯透氣膜,在其容器內側緊粘著貴金屬(鉑、黃金、銀等)陰電極,在容器的另一面內側或容器的空余部分設置陽極(用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬)。用KOH、KHCO3作電解液。氧氣在通過電解質時在陰陽極發生氧化還原反應,使陽極金屬離子化,釋放出電子,電流的大小與氧氣的多少成正比,由于整個反應中陽極金屬有消耗,所以傳感器需要定期更換。