隔膜极谱型溶氧分析仪

　　极谱分析仪由于其电极直接与被测介质接触，易受污染，电极反应受介质影响，在工业应用中受到限制。因此，近年来国内外流行隔膜极谱传感器，这种传感器的性能主要取决于隔膜的物理性能，避开了对电化学系统的过高要求。本文结合一台作者参研的溶氧分析仪，分析隔膜极谱传感器的技术关键，然后介绍针对“隔膜技术”所采用的双温度补偿及在线大气校准方法。

　　一、隔膜极谱型溶氧传感器

　　如图1所示，电极和特制KCI电解液被封装起来，与被测介质之间靠聚四氟乙烯薄膜隔离。隔膜选择性地允许某些气体分子透过而不允许带电离子透过。两极间外加0.65~0.85V电压(高过氧还原电位)。透过来的氧在金阴极上被还原:

　　于是，外电路中产生正比于氧渗透速度的曳流。

　　实际的电极反应包含有复杂的极化去极化过程。在无隔膜传感器中，电极强度不仅与氧浓度有关，还与氧在被测介质中的扩散速度及电极反应速度有关。后者极易受介质性质、电极污染程度等因素影响。靠改善电极系统，克服或补偿这些因素的影响是很困难的。

　　隔膜有两个作用:一是将电极封闭在KC电解质中，改善了电极工作条件;二是控制氧的渗透速度，从而控制了电极电流。

　　对隔膜厚度、金极工作面、电解液膜厚及整体结构进行合理设计，使其最终达到这样的目的:在量程范围内，氧的渗透速度远低于扩散速度和还原反应速度，就是说，氧扩散和反应花费的时间与渗透相比可以忽略。此时，电极电流I可近似表示为:

式中F一法拉第常数

　　K膜透气率

　　A-一阴极有效面积

　　P1一被测介质中氧分压力

　　P一阴极与电解液介面处载分压力

　　D一隔膜厚

　　因为还原反应很快，氧不会在阴极附近积累，可以认为P1=0。由上式可见.在L述设计条件得到满足时，电极电流仅与被测氧分压(与氧浓度有关)及膜透气率有关。决定仪表性能的关键在于获得线性好、性能稳定的隔膜。

　　为分析方便，将(l)式改写成如下形式:

　　在被测介质温度恒定时，G1、G2都是常数，电极电流与氧浓度呈线性关系，可用来指示氧浓度。但G1、G2都是温度的函数，需要在信号变换电路中加以补偿。此外，隔膜用久会老化，新膜厚度不均，安装松紧不同等都会使q变化。因此G1、G2双温度补偿及灵敏度在线校准是隔膜型传感器能够在工业现场使用的又一技术关键。

　　图2为信号变换电路示意图。它由两级放大器组成。第一级将各量程的电极电流转换为。一一sv电压信号并实现G1(膜气率)的温度补偿;第二级为倒相器并实现G2(浓度与分压)的温度补偿。为简单起见，图中只画出三个量程，即0一100ppb、0—l000ppb和校准档(相当于0—10ppm)。