🔍 什么是电化学传感器？

电化学传感器，又称为燃料电池（Fuel Cell），用于测量气体或气体混合物中氧气的百分含量或痕量（ppm）浓度，是英国 Systech 希仕代氧气分析仪的重要组成部分。

🔧 不同应用的传感器优化

针对含氢气或氢气环境，Systech 提供了相应版本的电化学传感器。此外，还可根据目标气体的分析需求，选择不同外壳结构的传感器单元，实现针对性优化。

🧪 工作原理解析

Systech 的电化学氧气传感器属于金属-空气电池类型，具有自供能和扩散限制特点，由以下部分构成：

• 阳极（铅块）

• 半固态电解质

• 空气阴极（催化剂涂层 PTFE 膜）

氧气通过毛细管进入传感器，与阴极反应生成氢氧根离子（OH⁻）：

O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ （反应式 1）

这些 OH⁻ 离子通过电解质迁移至阳极，发生氧化反应：

2Pb + 4OH⁻ → 2PbO + 4e⁻ + 2H₂O （反应式 2）

过程中产生的电流与氧气浓度成正比，仪器即可据此精准测定氧浓度。

⏳ 传感器寿命与维护

由于阳极的铅会持续被氧化，因此传感器具有使用寿命限制：

• ppm 等级传感器：寿命通常超过 3 年

• 百分比等级传感器：寿命约为 5 年

⚠ 注意：

CO₂、Cl₂ 等气体会加速铅的氧化或生成其他副产物，缩短使用寿命，应尽量避免在含这些气体的环境中使用。

📏 测量的是浓度还是分压？

Systech 所有电化学传感器采用 毛细管扩散控制原理，测量的是氧气“体积分数浓度”；

而部分使用薄膜扩散的传感器则测量氧气“分压”。

💨 气体压力对测量的影响

通常，输出电流与氧气体积分数成正比，与绝对压力无关。但：

• 如果存在短暂压力波动（如泵送），会引发瞬时电流变化，导致读数短暂波动。

• Systech 传感器配有抗 Bulkflow 结构，有效缓冲压力波动，稳定读数。

⚠️ 过压风险：

如压力脉冲过大（即便仅 1 Bar），也可能导致毛细管破裂、电解质泄漏，损坏不在保修范围内。使用中需谨慎。

🌡 温度对测量的影响

温度变化对输出信号有一定影响：

• 20°C 变为 -20°C 时，信号输出下降约 10%

• 某些型号（如 EC900）已内置温度补偿，确保精准读数

📉 输出的线性范围

Systech 电化学传感器的输出近似满足下列关系：

O/P = 常数 × ln[1 / (1 – C)]

其中 C 为氧浓度（小数）

✅ 实际应用中，0–30% 范围内几乎为线性响应

❌ 超过 30% 会出现非线性，且缩短寿命，不推荐测高氧环境

💡 长期稳定性与低漂移

• 高活性电极确保反应快速完成

• 大量“活性储备”提供优异的长期稳定性与低漂移性能

🔋 氢气环境下的特殊传感器

• 专为含氢气工况设计，具有低氢气交叉干扰特性

• 适用于氢气、乙烯等气流

• 在其他气体（如氮气）中使用时，需调整仪器以适配输出信号偏低的特性

⚖️ 载气分子量修正

不同载气（背景气体）因分子量不同，氧气进入毛细管的速率会变化，导致同一氧浓度下电流输出不同。

➡ 若使用的载气与校准载气不同，需进行分子量修正。

✅ 推荐气体 / ⚠ 避免气体

✅ 可接受的气体：

氮气、氩气、氦气、氢气*、氙气、SF₆、丁二烯*、乙烯*、乙炔*

（*使用 H₂ 版传感器）

⚠ 需注意或避免的气体：

• 二氧化碳（低浓度可接受）

• 一氧化碳（缩短寿命）

• 氯气、氨气、乙醛*、乙二醇*、甲醛*、氯乙烯*、二恶烷*、硫化氢

  （*若浓度低于 5ppm 可接受）

注：如有不确定的气体组合，请咨询 Systech 工程师获得建议。

🏭 工业应用场景

如需了解更多原理或计算详情，欢迎联系工业物理，获取完整技术资料或下载相关产品文档。