氧分析儀是一種工業(yè)過程分析儀表,主要用于各種工業(yè)過程混合氣體中氧含量檢測。多應(yīng)用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高溫?zé)Y(jié)爐保護(hù)氣體、電子行業(yè)保護(hù)性氣體以及玻璃、建材行業(yè)等行業(yè)。根據(jù)不同的工況工藝,有不同原理的氧分析儀,具體分為電化學(xué)式氧分析儀(又名燃料電池法氧分析儀)、氧化鋯氧分析儀、磁氧分析儀(又名順磁氧分析儀)、激光式氧分析儀,不同原理的氧分析儀,各自有著不同的優(yōu)缺點。
一、電化學(xué)氧分析儀
電化學(xué)氧氣分析儀的的核心元件是一個電化學(xué)氧氣傳感器。常見的電化學(xué)氧氣傳感器由一個傳感電極(或工作電極)和一個對電極組成,兩個電極間有一層薄薄的電解液。要檢測的氣體先通過一個小的毛細(xì)口傳感器,然后通過一個疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入,最終到達(dá)電極表面。傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證會有適量的氣體進(jìn)入與感應(yīng)電極反應(yīng)產(chǎn)生足夠的電信號,并同時防止電解液泄漏出傳感器。通過疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入傳感器里的氣體在感應(yīng)電極發(fā)生氧化/還原反應(yīng),電極間連接一個電阻,這樣,陰極和陽極間會產(chǎn)生一個與氧濃度成正比的電流。通過檢測這個電流,就反應(yīng)出氣體中的氧濃度。
電化學(xué)氧分析儀優(yōu)點:
·相對來說通用性好
·價格適中
·測量精度、準(zhǔn)確的都不錯
電化學(xué)氧分析儀缺點:
·傳感器壽命短(化學(xué)原理有消耗性)
·傳感器容易受其他氣體影響(如腐蝕性氣體)
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二、氧化鋯氧分析儀
氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷,一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體,當(dāng)溫度升高到一定溫度時,晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w,同時約有7%的體積收縮;當(dāng)溫度降低時,又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻,ZrO2就會破裂。
因此,純凈的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩(wěn)定劑,再經(jīng)過高溫焙燒,則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料,這時,四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換,同時產(chǎn)生氧離子空穴,所以ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過空穴的運(yùn)動而導(dǎo)電,當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時,ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。
在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個鉑電極,當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時,氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移,結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極失去電子顯正電,而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電,因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數(shù)),則另一側(cè)氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢表示,測出氧濃差電勢,便可知道煙氣中氧氣含量。
因為氧化鋯的耐高溫特性,多應(yīng)用于溫度條件相對較高的工況(窯爐、鍋爐)
氧化鋯氧分析儀優(yōu)點:
·不受檢測氣體溫度的影響(氧化鋯氧量分析儀耐高溫)
·通過不同導(dǎo)流管可檢測各種溫度氣體中的氧含量
·適用于溫度較高的工況
氧化鋯氧分析儀缺點:
·采樣氣體雜質(zhì)較多時,有可能堵塞采樣管
·多孔鉑電極易受到被測氣體中的腐蝕性氣體腐蝕而失效
·加熱器一般用電爐絲加熱,壽命不長
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