氧氣分析儀具有測量快速、準確、高精度的特點,它采用了先進的燃料池傳感器測量氧含量。由于傳感器完全密封,所以傳感器是免維護的。通常使用壽命可達三到五年。
是老一代微氧儀的更新?lián)Q代產品。并且與先進的單片機技術,流量控制,溫度補償,壓力控制系統(tǒng)想結合,使之具有更好的人機操作平臺和廣泛的使用性能。
儀器采用獨特的過壓保護裝置,當氣體流量突然增大的時候,過壓保護動作,氣體進入傳感器的通道被切斷,從而很好的保護了傳感器避免過壓損壞。
同時由于該儀器設計時采針閥可將傳感器在不使用的條件下密封,防止傳感器在空氣中消耗并且可以達到對進樣管路進行吹掃,以達到清掃進樣管路的目的,更使它在快速、大量分析作業(yè)眾發(fā)揮重要作用。
儀器工作原理:
氧氣分析儀采用完全密封的燃料池氧傳感器是當前國際上zui先進的測氧方法之一。
燃料池氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構成,浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子,而在陽極鉛被氧化。
O2+2H2O+4e4OH
2Pb+4OH2Pb(OH)2+4e
KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開,樣氣不直接進入傳感器,因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。
樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴散到氧電極中進行電化學反應,電化學反應中產生的電流決定于擴散到氧電極的氧分子數(shù),而氧的擴散速率又正比于樣氣中的氧含量;
這樣,該傳感器輸出信號大小只與樣氣中的氧含量相關,而與通過傳感器的氣體總量無關。通過外部電路的連接,反應中的電荷轉移即電流的大小與參加反應的氧成正比例關系。
采用此方法進行測氧,可以不受被測氣體中還原性氣體的影響,免去了許多的樣氣處理系統(tǒng)。它比老式“金網-鉛”原電池測氧更快速,不需要漫長的開機吹除過程;
“金網-鉛”原電池樣氣直接進入溶液中,導致儀器的維護量很大,而燃料電池法樣氣不直接進入溶液中;
傳感器可以非常穩(wěn)定可靠的工作很長時間。事實上,燃料電池氧傳感器是完全免維護的。
氧傳感器的關鍵部件是氧化鋯,在氧化鋯元件的內外兩側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,在傳感器中設置了加熱器。
用氧分析儀內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成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀(又稱變送器、變送單元、轉換器、分析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。
主要原理
氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來測定氧含量的傳感器,其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內,位于整個探頭的頂端。
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高溫燒結后形成的穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷燒結體。
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體。
因其這一特性,在一定高溫下,當鋯管兩邊的氧含量不同時,它便是一個典型的氧濃差電池,在此電池中,空氣是參比氣,它與煙氣分別位于內外電極。
在實際的氧探頭中,空氣流經外電極,煙氣流經內電極,當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%O2)時,空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子,發(fā)生如下電極反應:
O(P0)+4e-→2O-2
氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊,在內電極上發(fā)生相反的電極反應:
2O-2→O(P0)+4e-
由于氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊,因而產生的電勢又導致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊;
當這兩種遷移達到平衡后,便在兩電極間產生一個與氧濃差有關的電勢信號E,該電勢信號符合"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是鋯管絕對溫度(K),P0是空氣氧含量(20.6%O2),P是煙氣含量。
由(1)式可見,在一定的高溫條件下(一般)600℃),一定的煙氣氧含量便會有一對應的電勢輸出,在理想狀態(tài)下,其電勢值在高溫區(qū)域內對應氧含量。
在理想狀態(tài)下,當被測煙氣與參比氣濃度一樣時,其輸出電勢E值為0mV,但在實際應用中,鋯管實際條件和現(xiàn)場情況均不是理想狀態(tài)。故事實上的鋯管是偏離此值的。
實際上,一定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和,我們稱為無濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電勢,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而變化。
因此,如不對此情況處理,會嚴重影響整套測氧儀的準確和探頭壽命。