2013年3月15日 星期五

循環水肺的氧感測器 Oxygen Sensor for Rebreather




現代的電流式氧感測器可說是微工程學、物理學和化學的奇蹟;實際上它是一個使用氧氣,對鉛進行氧化過程,進而產生電位差的電池,電池本身的結構相當複雜。


最上層是PTFE薄膜(淺藍色),它有效的保存了電解液。這是一種Gore-Tex材質的疏水薄膜,它可以允許氧氣分子流通但防止水份進入,對於潛水員而言,這是最重要不過了。

氧通過薄膜後,到達氫氧化鉀電解層,這裡是介於陽極和陰極之間的離子傳送媒介層,傳送過程中會消耗離子,這正是電池壽命的限制因素之一。陽極和陰極之間的電解層可確保電解電子的接觸最大化。

陰極是由數種貴金屬製成(金、銀、鉑、銠等),其間有為數眾多的孔洞以便讓電解質和它的離子通過。陽極則是由球形顆粒的鉛壓縮製成,使有效的表面區域最大化,通常略呈圓頂狀。
鉛處於某比例的氧環境下會開始氧化,進而吸引了來自電解層,且穿越陰極的電解電子,這些電子聚合在鉛陽極產生了負電荷。


陽極和陰極最終都連接到電路板處,其中安裝了一個簡易的溫度補償電路(溫度感應可變電阻),這會改變電池的內部阻抗,使其保持穩定的輸出而不受溫度影響。

電路板同時也是接頭(connector)的安裝處。在電路板上通常會保留一個小孔以保持壓力平衡,出廠包裝時則通常會以樹脂或臘(塑形塗料)封住平衡孔以防止感測器壓力補償現象;在使用新的感測器前,檢查此孔是否通暢是明智的作法。

電池的運作實際上像一個簡易的燃料電池,在陽極為數眾多的電子數,是直接依氧氣的分子量,按比例形成,在整個過程中,這是我們最感興趣的一部分。

此一特性稱為電池的線性,如果沒有氧氧就不會有輸出,在標準空氣中(20.9%氧),大部分的新電池其輸出約為13mv,若使用多功能電表測量時,其有效的輸出範圍則大約在13.5 ~ 7mv。
電壓是依照陽極表面區域有效作用的電解電子量而產生(即所謂的電位差),而電流的產生,則端視通電解層的游離氧離子量產生;因此,當電解層耗盡時,電池無法產生電流,但卻可以產生電壓(稱為電流限制),也導致電池老化的結果。

可能的問題:
也發生於scr中,包括CO2中毒,缺氧和氧中毒,然而,忽視或略過多種監測警告,是導致情況惡化的主因。