拆解日本理研ES-81一氧化碳传感器

sc360xp

2015/07/01

私聊

气体检测

日本理研是电化学传感器研制开发能力很强的国际性公司之一，其CO-82便携式一氧化碳检测仪在80年代就进入我国。今天拆解该仪器使用的CO传感器。
一、仪器外貌
CO-82便携式一氧化碳检测仪，装在皮套内，便于携带：

这是传感器，安装在仪器顶部的旋转插槽内，装卸比较方便：

二、传感器
取下传感器，该传感器采用二电极电化学CO传感器，型号ES-81，已经失效，内部的电解液泄漏并干涸了：

电解液泄漏点在工作电极引线处，这是早期许多采用液体电解质电化学传感器的通病：

该传感器结构图如下：

传感器工作机理：
CO气体通过传感器顶部气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时，在工作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为：
CO+H2O→CO2+2H++2e-
在工作电极上发生氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极相隔一定距离的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：
1/2 O2+2H++2e-→H2O
因此，传感器内部发生了氧化-还原的可逆反应，其化学反应式为：
2CO+2O2 →2CO2
这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着，并在电极间产生电位差。当被检测气体浓度发生变化时，传感器的输出电流也随之成正比变化，这个电信号经电路处理、显示并报警。
三、传感器拆解
1、这是传感器封装后，电解液的加注孔：

用钢锯片锯开顶部气孔板：

第一层是滤网：

黄色的是垫片，控制内部气孔与气体接触面积：

内部气孔下面是工作电极的白色透气膜，其背面是工作电极：

2、拆底部的电接触片：

打开底部，内部中心是对电极通气孔：

锯断电解液仓：

内部有一只吸附电解质纤维柱，已经没有流动的电解液：

底部中心的黑色部分是对电极，白色部分是电解质毡垫片：

取出毡垫片，吸满了电解液，其功能是连接电极与电解质纤维柱：

看见对电极（不小心把表面刮了一下，露白了）：

对电极正面：

对电极背面(即电极基体)，是白色的高分子透气膜。透气膜只透过气体，阻挡电解液，通常采用化学惰性极佳、且具有憎水性的聚四氟乙烯（PTFE）：

对电极低倍显微图片：

（未完，楼下继续！）

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sc360xp

第1楼2015/07/01

（接楼上，继续发）
为了减少电阻和防止锈蚀，底部电接点焊片是铜基镀金，引线是铂线：

该仪器采用液体电解质（主要成分是硫酸），工作电极与对电极用吸满电解液的纤维柱连接（半固态，保持工作电极与对电极的离子、电子迁移通道联通）。该结构使传感器内部形成稳定的环境，可以缓冲外界的变化，提高传感器的可靠性。从电解液仓中取出电解质纤维柱：

电解液仓，作为少量液体电解质的储存室，补充纤维柱中的电解质：

吸满了电解液的纤维柱，是将一种亲水性的多孔材料(又称为灯芯材料)浸泡在硫酸中来形成的，该材料有很好的耐酸腐蚀性质（通常用聚苯乙烯磺酸膜、玻璃纤维膜等）：

将纤维柱吸水后挤出，用PH试纸测，酸度还很高：

对电极侧的零件：

3、再锯去传感器顶部的第二层通气孔：

看见黑色的工作电极：

工作电极（包括对电极）是一层黑色物质，使用铂黑（铂的一种高纯微粉）加其它成分压制而成，催化作用极佳：

工作电极低倍显微图片：

工作电极背面（即电极基体），同样是一层白色高分子透气膜：

用万用表电阻档测量工作电极，电阻为零，是良好导体：

用万用表电阻档测量敷在工作电极表面的毡垫片，由于吸满了电解液，有一定导电性：

工作电极侧的零件：

4、传感器全部零件图：

四、结束语
二电极电化学传感器，结构简单，成本低，属于易耗品。国外产品质量好、价格高，其核心技术是电极材料和制造工艺。国内产品的质量近年来也不断提升，性价比很高。由于二电极电化学传感器在两个电极上发生的反应都会使电极极化，这使得极间电位难以维持恒定，因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。因此，多电极电化学传感器被开发出来，运用到要求较高的场合。