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《煤礦安全規程》規定，在礦用工作和 通行的井下空氣中，氧氣的含量必須在20% 以上，二氧化碳要在0.5%以下。但對于用安 全方法救人或進行安全作業時新型氣體報警器，其作業地點 不在此限。這主要是從勞動衛生上防止氧氣 濃度過低和二氧化碳的增伽引起的缺氧癥。 此外。 氧氣是瓦斯爆炸的主要因素之一，當氧 含量低于12%時，就不會發生瓦斯爆炸事故。 因此，連續監測井下工作點的氧含量， 不僅能保證礦工有舒適的工作條件，也能為 處理瓦斯災害提供寶貴的數據。 08-4-22 （一）氧的檢測法 ? 氧氣是無色、無味、 無嗅的氣體，比空氣 稍重，在空氣中含量 20.93%（體積比）， 與生物呼吸有密切關 系。 ? 稍溶于水（在0度時1 升水能容48.89毫升） 能與各種物質化合， 有助燃性。 ? 氧氣含量減少對人體 危害較大，其危害程 度見表1。 08-4-22 （一）氧的檢測法 ? 除了對可能缺氧的場所監測氧氣濃度變化外， 對于鍋爐、各種工業爐的燃燒情況、汽車以及 其它內燃機的燃燒效率等等，也需要對氧氣濃 度進行監測。 ? 根據測氧目的不同，可以選用不同的檢測方法。 如：鍋爐或工業用爐燃燒狀況可采用電磁式或 氧化鋯式傳感器，測定汽車等燃油效率時可使 用二氧化鈦式傳感器，缺氧場所則用伽伐尼電 池或檢定管法檢測。

08-4-22 （一）氧的檢測法 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ? 結構 ?伽伐尼電池式氧氣傳感器由正、 負電極，電解液，隔膜等構成。 ?陰極使用金、鉑等金屬，陽極 使用鉛等金屬；電解液選用堿性 溶液（KOH、NaOH等），或采用酸 性溶液（高氯酸、四氟硼酸、六 氟硅酸等）；隔膜選用10～20μ m 厚、透氧性好的聚乙烯或聚氟乙 1-陽極；2-絕緣材料；3-電解 烯樹脂薄膜。 液；4-陰極；5-隔膜 圖1 隔膜伽伐尼電池原理圖 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ? 工作原理 以鉛氧電池為例，其陰極用貴金屬金，陽極為鉛， 以過量KOH為電解液。待測氣體O2透過隔膜溶解于電解 液后到達負極表面并在這里被還原，反應式為： O2+2H2O+4e-→4OH另一方面，在正極產生氧化反應，形成氫氧化物： 2Pb→2Pb2++4e2Pb2++4OH-→2Pb(OH)2 全反應是： 2Pb+ O2+H2O→2Pb(OH)2 Pb(OH)2+KOH →KHPbO2+H2O 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ? 反應電勢為 RT E ? E0 ? lg PO2 nF 式中： n——每一克分子氣體反應的電子數； F——法拉第常數； PO2——電極表面氧分壓 可見，反應電動勢與電極表面氧分壓（即薄膜層中 溶解的氧濃度）成比例變化。

08-4-22 nFA a （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 通過電阻流過的電流和氧氣的關系一般用下式表示： RT DA i? ? C nF l 式中：i——通過的電流； D——氣體擴散系數； A——陰極表面積； l——膜外表面至陰極表面距離，即擴散層厚度。 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 溫度的影響 由于隔膜伽伐尼電池的輸出對溫度成指數函數增加， 所以一般采用圖2所示的，用熱敏電阻作為放大器的負 反饋元件自動溫度補償，使之不受試樣氣體溫度的影 響。由于熱敏電阻具有隨溫度上升，其電阻減少的特 性，即以指數函數的倒數變化的特性，對伽伐尼電池 實現溫度的自動補償。 08-4-22 圖2 溫度補償電路一例 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 壓力的影響 因為隔膜伽伐尼電池對O2分壓響應，所以其指示值 隨氣壓的不同而變化。 實際測量證明：井深增加100m，氧含量增加0.25%。 為了達到精確測量的目的，必須在井下所測地點同水 平進行校對。如果待測水平沒有新鮮空氣，則可在井 上校正好之后按下式進行修正： A ? B ? 20.96/?20.9 ? HK ? 式中：A——氧氣真實值；B——氧氣傳感器指示值；H——垂 直井深；K——修正系數，取0.0025。

08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 干擾氣體的影響 一般電極材料是陽極用金、鉑等貴金屬，陰極用 賤金屬鉛、鋅等。陽極的材料必須不受電解液侵蝕的， 陰極材料也同樣應該不受侵蝕的材料。電極一受侵蝕， 就不能使用，或者雖不受侵蝕但由于選擇不當也對指 示值由影響。 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 水蒸汽的影響 由于空氣中的水蒸汽，氧氣分壓發生變化，但在常 溫（20℃）下即使相對濕度為100%氧氣探頭家用燃氣報警器，對氧氣指示值也 不會產生明顯的影響。 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 電解液酸堿度對壽命的影響 在堿性電解液中，各電極反應如下： 負極 O2+ H2O+4e-→4OH正極 2Pb+4OH-→2PbO+ 2H2O+4e全反應 Pb+ O2→PbO 因電解液不同，各電極反應也不同。但無論何種條 件氧氣探頭，正極的反應生成物都是PbO。一般PbO在堿性溶液 中溶解度不大。所以，傳感器長期使用以后，其正極 被PbO包圍氧氣探頭，影響傳感器的使用壽命。 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?影響元件的性能參數 ? 電解液酸堿度對壽命的影響 PbO在酸性電解液中能迅速溶解，反應式為： PbO+ 2HClO4→Pb（ClO4）2+ H2O PbO+ 2HBF4→（BF4）2+ H2O PbO+ H2SiF6→PbSiF6+ H2O 從而使鉛正極表面干凈，可望延長使用壽命。 08-4-22 （二）伽伐尼電池氧氣傳感器 ?典型產品 測量范圍：0～25%O2 基本誤差：±3%滿量程 輸出信號：頻率：200～1000Hz; 5～15Hz; 5～155Hz 電源：12～24V DC 顯示方式：四位數碼管顯示 其他功能：聲光報警、紅外線遙 控調校功能 防爆標志

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