美国Teledyne氧分析仪测量原理

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。

常见的化学燃料电池结构图（酸性）

1—FEP制成的氧扩散膜；2—电解液（乙酸）；3—用于温度补偿的热敏电阻和负载电阻；4—外电路信号输出；5—石墨阳极；6—金阳极

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，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，我们将前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*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。

5.1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。

碱性液体燃料电池的结构和工作原理图

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：

银阴极：O2+2H2O+4e－→4OH－

   铅阳极：2Pb+4OH－→2PbO+2H2O+4e－

   电池综合反应：O2+2Pb→2PbO

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，传感器优良零点。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。