2022年行業(yè)分析各類別氧分析儀工作原理簡(jiǎn)述

各類別氧分析儀工作原理簡(jiǎn)述一、磁氧分析儀原理

氣體工業(yè)名詞術(shù)語(yǔ)。它是基于氧的磁化率遠(yuǎn)大于其他氣體磁化率這一物理現(xiàn)象來測(cè)量混合氣中氧含量的一種物理式氣體分析儀。由于直接測(cè)量磁化率值很簡(jiǎn)單，工業(yè)上多采納間接測(cè)量，即依據(jù)磁化率隨溫度上升而減小的熱磁現(xiàn)象，通過橋式電路來進(jìn)行測(cè)量。它適用于自動(dòng)連續(xù)地測(cè)定各種工業(yè)氣體中的氧含量。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)這些儀器的廠家也許有：西安聚能儀器有限公司、北分、南分、聚光科技、武漢四方、上海寶英、北京西比等等

進(jìn)口的也比較多：英國(guó)SYSTECH、ABB、西門子、艾默生、維薩拉、麥哈克等等。

氧分析儀使用的范圍也比較廣：鋼鐵、冶金、熱電、石化、化工、焦化、PVC、多晶硅、合成氨等行業(yè)

在焦化行業(yè)中由TR-9200型焦?fàn)t煤氣分析系統(tǒng)比較有代表性，由于技術(shù)比較成熟，適用性能穩(wěn)定。

二、燃料電池法氧分析儀

采納完全密封的燃料池氧傳感器是當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的測(cè)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(gòu)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(yáng)極鉛被氧化。2Pb(OH)24e??2Pb4OH?4OH?O22H2O4eKOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進(jìn)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集中到氧電極中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流打算于集中到氧電極的氧分子數(shù)，而氧的集中速率又正比于樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號(hào)大小只與樣氣中的氧含量相關(guān)，而與通過傳感器的氣體總量無關(guān)。通過外部電路的連接，反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參與反應(yīng)的氧成正比例關(guān)系。采納此方法進(jìn)行測(cè)氧，可以不受被測(cè)氣體中還原性氣體的影響，免去了很多的樣氣處理系統(tǒng)。它比老式“金網(wǎng)-鉛”原電池測(cè)氧更快速，不需要漫長(zhǎng)的開機(jī)吹除過程，“金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致儀器的維護(hù)量很大，而燃料電池法樣氣不直接進(jìn)入溶液中，傳感器可以特別穩(wěn)定牢靠的工作很長(zhǎng)時(shí)間。事實(shí)上，燃料電池氧傳感器是完全免維護(hù)的。

三、氧化鋯法

氧化鋯傳感器的測(cè)量原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2?Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本w，因此純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以當(dāng)在ZrO2中摻人肯定量的穩(wěn)定劑Y2O3時(shí)，由于Y置換了Zr的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴，另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的緣由，該晶體冷卻后仍保留立方晶體，因此又稱它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上分析，穩(wěn)定氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的良好導(dǎo)體。

典型的氧化鋯傳感器是

Pt,P''O2│ZrO2?Y2O3│P'O2,Pt

在上述電池中，Pt表示兩個(gè)鉑電極，它是涂制在氧化鋯電解質(zhì)的兩邊，兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體分別通過電解質(zhì)的兩邊。作為氧傳感器，其中P''O2是參比氣，例如通人空氣(20.6%O2)，P'O2是待測(cè)氣，例如通入煙氣。在高溫下，由于氧化鋯電解質(zhì)是良好的氧離子導(dǎo)體，上述電池便是一個(gè)典型的氧濃差電池。

在高溫下(650850℃)，氧就會(huì)從分壓大的P''O2一側(cè)向分壓小的P'O2側(cè)集中，這種集中，不是氧分子透過氧化鋯從P''O2側(cè)到P'O2側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過氧化鋯的過程。在750℃左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，在電池的P''O2側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子，變成兩個(gè)氧離子(O2-)進(jìn)入電解質(zhì)，即：

O2(P''O2)4e→2O2-P''O2側(cè)鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽(yáng)極。這些氧離子進(jìn)入電解質(zhì)后，通過晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)右側(cè)的鉑電極，在電池的P'O2側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即：

2O－4e→O2(P'O2)

P'O2側(cè)鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上，由于正負(fù)電荷的積累而形成一個(gè)電勢(shì)，稱之為氧濃差電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)極上的電子就會(huì)通過外電路流到正極，再供應(yīng)氧分子形成離子，電路中就有電流通過。

其池電勢(shì)由能斯特方程給出：

E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)

式中R為氣體常數(shù)，T為電池的熱力學(xué)溫度(K)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)．(1)式是在抱負(fù)狀態(tài)下導(dǎo)出的，必需具有四個(gè)條件：(1)兩邊的氣體均為抱負(fù)氣體；(2)整個(gè)電池處于恒溫恒壓系統(tǒng)中；(3)濃差電池是可逆的；(4)電池中不存在任何附加電勢(shì)。因此稱(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見由于參比氣氧含量P''O2是已知的，因此測(cè)得E值后便可求得待測(cè)氣體氧含量P'O2值。

當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為：