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在線(xiàn)氧含量分析儀的選型與使用

閱讀:1780        發(fā)布時(shí)間:2021-3-24

       電化學(xué)氧分析儀:

相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性,可以被電化學(xué)氧化或者還原。

利用這些反應(yīng),可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)氣體傳感器分很多子類(lèi):

1)原電池型氣體傳感器(也稱(chēng):加伏尼電池型氣體傳感器,也有稱(chēng)燃料電池型氣體傳感器,也有稱(chēng)自發(fā)電池型氣體傳感器),他們的原理行同我們用的干電池,只是,電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例,氧在陰極被還原,電子通過(guò)電流表流到陽(yáng)極,在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等。

2)恒定電位電解池型氣體傳感器,這種傳感器用于檢測(cè)還原性氣體非常有效,它的原理與原電池型傳感器不一樣,它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的,是一種真正的庫(kù)侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于:一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測(cè)之中,是目前有毒有害氣體檢測(cè)的主流傳感器。

3)濃差電池型氣體傳感器,具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè),會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì),電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān),這種傳感器的成功實(shí)例就是汽車(chē)用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。

4)極限電流型氣體傳感器,有一種測(cè)量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關(guān)的原理制備氧(氣)濃度傳感器,用于汽車(chē)的氧氣檢測(cè),和鋼水中氧濃度檢測(cè)。

目前這種傳感器的主要供應(yīng)商遍布*,主要在德國(guó)、日本、美國(guó),近新加入幾個(gè)歐洲供應(yīng)商:英國(guó)、瑞士等。

 

順磁式氧分析儀:

順磁式氧分析儀:根據(jù)氧氣的體積磁化率比一般氣體高得多,在磁場(chǎng)中具有*的順磁特性的原理制成的一種測(cè)量氣體中含氧量的分析儀器。 順磁式氧分析儀,也可叫做磁效應(yīng)式氧分析儀、或磁式氧分析儀,我們通常通稱(chēng)為磁氧分析儀。它一般分為熱磁對(duì)流式、壓力機(jī)械式和磁壓力式氧分析儀三種。

物質(zhì)的磁特性:任何物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下都會(huì)被磁化,呈現(xiàn)出一定的磁特性。物質(zhì)在外加磁場(chǎng)中被磁化,其本身就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng),附加磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向相同時(shí),該物質(zhì)就被外磁場(chǎng)吸引;附加磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向相反時(shí),則被外磁場(chǎng)排斥。因此,我們通常會(huì)將被外磁場(chǎng)吸引的物質(zhì)稱(chēng)為順磁性物質(zhì),或者說(shuō)該物質(zhì)具有順磁性;而把被磁場(chǎng)排斥的物質(zhì)稱(chēng)為逆磁性物質(zhì),或者說(shuō)該物質(zhì)具有逆磁性。 氣體介質(zhì)處于磁場(chǎng)中也會(huì)被磁化,我們根據(jù)氣體組分對(duì)磁場(chǎng)的吸引和排斥的不同,也將氣體分為順磁性和逆磁性。順磁性氣體有:O2、NO、NO2等;逆磁性氣體有:氫氣、N2、CO2、甲烷等。

磁性氧氣傳感器是磁性氧氣分析儀的核心,但是目前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傳感器化”進(jìn)程。這種傳感器只能用于氧氣的檢測(cè),選擇性*。大氣環(huán)境中只有氮氧化物能夠產(chǎn)生微小的影響,但是由于這些干擾氣體的含量往往很少,所以,磁氧分析技術(shù)的選擇性幾乎是的!當(dāng)然磁氧根據(jù)傳感器類(lèi)型,又分為磁力機(jī)械式,熱磁式氧分析儀,熱磁式市場(chǎng)售價(jià)略低,客戶(hù)可根據(jù)需求應(yīng)用選型。

 與熱磁式分析儀相比,磁力機(jī)械式氧分析儀有如下特點(diǎn):

1.它是對(duì)氧的順磁性直接測(cè)量的分析儀,在測(cè)量中,不受被測(cè)氣體導(dǎo)熱性變化、密度變化等影響。

2.在0- O2范圍內(nèi)線(xiàn)性刻度、測(cè)量精度較高,測(cè)量誤差可低至±0.1%O2。

3.靈敏度高,除了用于常量的測(cè)量以外,還可用于微量氧(O2‰)的測(cè)量。

注意事項(xiàng):

1.磁力機(jī)械式氧分析儀基于對(duì)磁化率的直接測(cè)量,像氧氮等一些強(qiáng)磁性氣體會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重干擾,所以應(yīng)將這些干擾組分除掉。此外,一些較強(qiáng)逆磁性氣體也會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。如氙氣,若樣品中含有較多的這類(lèi)氣體,也應(yīng)予以清除或?qū)y(cè)量結(jié)果采取修正措施。

2.氧氣的體積磁化率是壓力、溫度的函數(shù),樣氣壓力、溫度的變化以及環(huán)境溫度的變化,都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響。因此,必須穩(wěn)定樣氣的壓力,使其符合調(diào)校儀器時(shí)的壓力值。環(huán)境溫度和整個(gè)檢修部件,均應(yīng)工作在設(shè)計(jì)的溫度范圍內(nèi),一般來(lái)說(shuō),各種型號(hào)的磁力機(jī)械式氧分析儀均帶有溫度控制系統(tǒng),以維持檢測(cè)部件在恒溫條件下工作。

3.無(wú)論是短時(shí)間的劇烈振動(dòng),輕微的持續(xù)振動(dòng),都會(huì)削弱磁性材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度,因此,該類(lèi)儀器多將檢測(cè)器等敏感部件安裝在防振裝置中。當(dāng)然,儀器安裝位置也應(yīng)避開(kāi)振源并采取適當(dāng)?shù)姆勒翊胧A硗?,任何電氣線(xiàn)路不允許穿過(guò)這些敏感部分,以防電磁干擾和振動(dòng)干擾。

 

氧化鋯氧分析儀

氧化鋯氧量分析儀,又被稱(chēng)為氧化鋯氧分析儀,氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計(jì)、氧化鋯氧量表等。較多用于測(cè)量燃燒過(guò)程中煙氣的含氧濃度,同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測(cè)量。 其原理是在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學(xué)電池(氧濃差電池,也簡(jiǎn)稱(chēng)鋯頭)產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢(shì),這個(gè)電勢(shì)直接反應(yīng)出煙氣中含氧濃度值。

氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化鋯,在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度,在傳感器中設(shè)置了加熱器。用氧分析儀內(nèi)的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。

氧化鋯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器(又稱(chēng)氧探頭、氧檢測(cè)器)、氧分析儀(又稱(chēng)變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。

氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢(shì)來(lái)測(cè)定氧含量的傳感器,其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內(nèi),位于整個(gè)探頭的頂端。氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后形成的穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷燒結(jié)體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴,因此在高溫下它是良好的氧離子導(dǎo)體。因其這一特性,在一定高溫下,當(dāng)鋯管兩邊的氧含量不同時(shí),它便是一個(gè)典型的氧濃差電池,在此電池中,空氣是參比氣,它與煙氣分別位于內(nèi)外電極。在實(shí)際的氧探頭中,空氣流經(jīng)外電極,煙氣流經(jīng)內(nèi)電極,當(dāng)煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%O2)時(shí),空氣中的氧分子從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)氧離子,發(fā)生如下電極反應(yīng): O(P0)+4e-→2O-2 氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊,在內(nèi)電極上發(fā)生相反的電極反應(yīng): 2O-2 →O(P0)+4e- 由于氧濃差導(dǎo)致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊,因而產(chǎn)生的電勢(shì)又導(dǎo)致氧 離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊,當(dāng)這兩種遷移達(dá)到平衡后,便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與氧濃差有關(guān)的電勢(shì)信號(hào)E,該電勢(shì)信號(hào)符合"能斯特"方程:E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1) 式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù),T是鋯管溫度(K), P0是空氣氧含量(20.6%O2), P 是煙氣含量。由(1) 式可見(jiàn),在一定的高溫條件下(一般)600℃,一定的煙氣氧含量便會(huì)有一對(duì)應(yīng)的電勢(shì)輸出,在理想狀態(tài)下,其電勢(shì)值在高溫區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)氧含量。

在理想狀態(tài)下,當(dāng)被測(cè)煙氣與參比氣濃度一樣時(shí), 其輸出電勢(shì)E值為 0 mV, 但在實(shí)際應(yīng)用中,鋯管實(shí)際條件和現(xiàn)場(chǎng)情況均不是理想狀態(tài)。 故事實(shí)上的鋯管是偏離此值的。實(shí)際上,一定氧含量鋯管輸出的電勢(shì)為理論值和本底電勢(shì)的和,我們稱(chēng)為無(wú)濃差條件下鋯管輸出的電勢(shì)值為本底電勢(shì)或稱(chēng)為零位電勢(shì), 此值的大小又在不同溫度下呈不同的值, 并且隨鋯管使用期延長(zhǎng)而變化。

 

激光氧分析儀

汽體分析儀采用的是TDLAS光譜吸收技術(shù),通過(guò)分析激光被氣體的選擇性吸收來(lái)獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于,半導(dǎo)體激光光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線(xiàn)的展寬(測(cè)量范圍更窄,更有針對(duì)性,自然抗*力強(qiáng))。因此,TDLAS技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)。相對(duì)于紅外的氣體分析儀,激光抗干擾性強(qiáng)很多,不受水和二氧化碳的影響,測(cè)量更準(zhǔn)確。

激光分析儀比起傳統(tǒng)的抽取式的分析儀有他本身自有的優(yōu)勢(shì)。首先,激光分析儀采用原位式安裝,直接安裝于工藝管道上,省去了采樣探頭、采樣管線(xiàn)和預(yù)處理系統(tǒng)。其次,激光分析儀維護(hù)起來(lái)非常簡(jiǎn)便,降低了維護(hù)費(fèi)用。后,激光分析儀的響應(yīng)時(shí)間低可達(dá)1秒,為安全保護(hù)系統(tǒng)及時(shí)提供數(shù)據(jù),可以勝任關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量。值得一提的是,雖然激光分析儀有諸多優(yōu)勢(shì),但其不能*代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析儀表。在一些測(cè)量點(diǎn)上,比如磨煤機(jī)出口,煤粉倉(cāng)等,由于含塵量非常大,激光的透光率會(huì)受到很大的影響,從而使得測(cè)量效果變差。這個(gè)時(shí)候只能采用傳統(tǒng)抽取式分析儀來(lái)測(cè)量。

1.電化學(xué)氧分析儀:成本低,傳感器可測(cè)量范圍從PPM延展到百分比級(jí)別,適用范圍廣,價(jià)格便宜,適用于絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。傳感器一般3-5年使用壽命,定期更換即可。

2.氧化鋯氧分析儀:價(jià)格略高于電化學(xué)類(lèi)氧分析儀,適用于煙氣,煙道氧的測(cè)量,也可用于其他場(chǎng)合,一臺(tái)儀表可完成等ppm級(jí)到百分比級(jí)別的測(cè)量,精度不缺失,測(cè)量速度很快,缺點(diǎn)是需要預(yù)熱700度左右,同時(shí)被測(cè)氣體中不能含有大濃度可燃?xì)馊鐨錃獾?,否則會(huì)損壞傳感器。更適合在線(xiàn)測(cè)量,比電化學(xué)氧分析儀重量大。

3.磁氧分析儀:不同于前兩種氧分析儀,傳感器無(wú)壽命限制,沒(méi)有認(rèn)為損壞的前提下,可長(zhǎng)期使用,對(duì)流量稍微敏感,需保證進(jìn)氣壓力穩(wěn)定。典型應(yīng)用是高純氧分析,可完成99.99%的氧含量分析。根據(jù)傳感器,可細(xì)分為熱磁和磁力機(jī)械式氧分析儀,熱磁氧需要預(yù)熱一定時(shí)間,價(jià)格比磁力機(jī)械式便宜。百分比級(jí)別氧含量應(yīng)用較多。

 

4.激光氧分析儀:分析儀速度快,土豪用戶(hù)手選,原位式選,省去各種采樣過(guò)濾。需注意如管道煙塵較多,需配備制氮機(jī)吹掃。儀表價(jià)格很貴。維護(hù)的不錯(cuò)的話(huà),相當(dāng)好用,1秒內(nèi)出數(shù)據(jù)。

 

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