固体燃料电池氧传感器 - 原理及应用探究

（1）用于常量氧测量的固体燃料电池

图7.12是一种固体燃料电池氧传感器的原理结构图，这种传感器一般用于常量氧的测量。

图7.12　用于常量氧测量的固体燃料电池氧传感器

在传感器顶部有一毛细孔，被测气体进入传感器多少取决于孔隙的大小。当气体中的氧到达工作电极（银阴极）时，立刻被分解成羟基离子：

这些羟基离子穿过KOH糊状电解质到达铅阳极，发生如下反应：

图7.12中的集电极收集电流信号，并通过一只外接电阻转换成电压信号（电势差），电池的电势差与气样中的氧含量有关。(www.xing528.com)

这种传感器属于裸露式结构，产生的电流和单位时间内进入传感器的氧量（气样中氧的浓度×进入传感器的气样流量）成比例，当气样的压力突变时（如由抽吸泵引起的压力脉动），进入传感器的流量也会突变，此时传感器将产生瞬间过大（或过小）电流，这种情况如不加以控制，将会造成使用问题，如发出错误报警信号等。

为了克服这种影响，实际使用的传感器在毛细孔的上边加了一片抗大流量透气隔膜，如图7.13所示。此处应当注意，当气样压力变化产生的瞬变力超出这种抗大流量隔膜的允许范围时，如某些抽吸泵造成的压力脉动较大时，应在气路中增设旁路气容分室和阻尼阀等，将传感器面对的压力脉动减到最小。

图7.13　常量氧传感器的抗大流量隔膜

（2）用于微量氧测量的固体燃料电池

用于微量氧测量的固体燃料电池氧传感器如图7.14所示，图中电池部分未画出，结构同图7.13。它和常量氧传感器的不同之处是：在传感器的顶部加了一层薄的聚四氟乙烯渗透膜，用一个大面积的孔代替了毛细孔。它产生的电流和气样中氧的分压成比例，对气样流量和压力的波动并不敏感。这是由于，聚四氟乙烯渗透膜的渗透速率和氧的压力梯度有关，当气样流量变化时，只要氧的浓度未变，氧的分压和渗透速率也不会变化，由于聚四氟乙烯渗透膜的阻尼作用，气样压力的瞬时变化对其影响也较小。

图7.14　用于微量氧测量的固体燃料电池氧传感器

电化学反应引起的铅的氧化作用使得这种传感器有一定使用期限，一旦铅块被完全氧化，传感器将停止工作。其使用寿命通常为1~2年，但可通过增加阳极尺寸或限制接触阳极的氧量来延长其使用寿命。