各種氧分析儀原理及應(yīng)用

1、西安綠能升華儀器儀表有限責任公司，轉(zhuǎn)載請注明！電化學(xué)氧分析儀:相當一部分的可燃性的、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、檢測氣體濃度。電化學(xué)氣體傳感器分很多子類：(1)原電池型氣體傳感器(也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發(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，電池的碳鎰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，電子通過電流表流到陽極，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

2、檢測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)是在電流強制下發(fā)生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、月井、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。(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)，會自發(fā)形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、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，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。目前這種傳

3、感器的主要供應(yīng)商遍布全世界，主要在德國、日本、美國，最近新加入幾個歐洲供應(yīng)商：英國、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，在磁場中具有極高的順磁特性的原理制成的一種測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，我們通常通稱為磁氧分析儀。它一般分為熱磁對流式、壓力機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)在外界磁場的作用下都會被磁化，呈現(xiàn)出一定的磁特性。物質(zhì)在外加磁場中被磁化，其本身就會產(chǎn)生一個附加磁場，附加磁場與外磁場方向相同時，該物質(zhì)就被外磁場吸引；附加磁場與外磁場方向相反時，則被外磁場排斥。因此，我們

4、通常會將被外磁場吸引的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，或者說該物質(zhì)具有順磁性；而把被磁場排斥的物質(zhì)稱為逆磁性物質(zhì)，或者說該物質(zhì)具有逆磁性。氣體介質(zhì)處于磁場中也會被磁化，我們根據(jù)氣體組分對磁場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：H2、"N2、"CO2、"CH"。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)實現(xiàn)了傳感器化”進程。這種傳感器只能用于氧氣的檢測，選擇性極好。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)的選擇性幾乎是唯一的！當然

5、磁氧根據(jù)傳感器類型，又分為磁力機械式，熱磁式氧分析儀，熱磁式市場售價略低，客戶可根據(jù)需求應(yīng)用選型。與熱磁式分析儀相比，磁力機械式氧分析儀有如下特點：1 .它是對氧的順磁性直接測量的分析儀，在測量中，不受被測氣體導(dǎo)熱性變化、密度變化等影響。2 .在0-100%O2范圍內(nèi)線性刻度、測量精度較高，測量誤差可低至士0."1%O3 ?！?.靈敏度高，除了用于常量的測量以外，還可用于微量氧（O2M。）的測量。注意事項：1 .磁力機械式氧分析儀基于對磁化率的直接測量，像氧氮等一些強磁性氣體會對測量帶來嚴重干擾，所以應(yīng)將這些干擾組分除掉。止匕外，一些較強逆磁性氣體也會引起較大的測量誤差。如氤氣，若樣

6、品中含有較多的這類氣體，也應(yīng)予以清除或?qū)y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，都會對測量結(jié)果帶來影響。因此，必須穩(wěn)定樣氣的壓力，使其符合調(diào)校儀器時的壓力值。環(huán)境溫度和整個檢修部件，均應(yīng)工作在設(shè)計的溫度范圍內(nèi)，一般來說，各種型號的磁力機械式氧分析儀均帶有溫度控制系統(tǒng)，以維持檢測部件在恒溫條件下工作。3 .無論是短時間的劇烈振動，輕微的持續(xù)振動，都會削弱磁性材料的磁場強度，因此，該類儀器多將檢測器等敏感部件安裝在防振裝置中。當然，儀器安裝位置也應(yīng)避開振源并采取適當?shù)姆勒翊胧?。另外，任何電氣線路不允許穿過這些敏感部分，以防電磁干擾和振

7、動干擾。氧化錯氧分析儀氧化錯氧量分析儀，又被稱為氧化錯氧分析儀，氧化錯分析儀/氧化錯氧量計/氧化錯氧量表等。較多用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測量。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，也簡稱鉆頭)產(chǎn)生一個毫伏電勢，這個電勢直接反應(yīng)出煙氣中含氧濃度值。氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化錯，在氧化錯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉗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錯溫度恒定。氧化錯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器卜氧分析儀(又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分

8、析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。氧化鉆探頭是利用氧化錯濃差電勢來測定氧含量的傳感器，其核心的氧化錯管安置在一微型電爐內(nèi)，位于整個探頭的頂端。氧化錯管是由氧化錯材料摻以一定量的氧化億或氧化鈣經(jīng)高溫燒結(jié)后形成的穩(wěn)定的氧化錯陶瓷燒結(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，當錯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(nèi)外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內(nèi)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

9、子，發(fā)生如下電極反應(yīng)：O(P0)+4e-202氧離子在氧化鉆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-2-0(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)生的電勢又導(dǎo)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(chǎn)生一個與氧濃差有關(guān)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是錯管絕對溫度(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)600C),一定的煙氣氧含量便會有一對應(yīng)的

10、電勢輸出，在理想狀態(tài)下，其電勢值在高溫區(qū)域內(nèi)對應(yīng)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(yīng)用中，錯管實際條件和現(xiàn)場情況均不是理想狀態(tài)。故事實上的錯管是偏離此值的。實際上，一定氧含量錯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錯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，并且隨錯管使用期延長而變化。激光氧分析儀激光氣體分析儀采用的是TDLA就譜吸收技術(shù)，通過分析激光被氣體的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于，半導(dǎo)體激光光譜寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬(測量范圍更窄，更有針對性

11、，自然抗干擾能力強)。因此，TDLA豉術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)。相對于紅外的氣體分析儀，激光抗干擾性強很多，不受H2O和CO2的影響，測量更準確。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。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、采樣管線和預(yù)處理系統(tǒng)。其次，激光分析儀維護起來非常簡便，降低了維護費用。最后，激光分析儀的響應(yīng)時間最低可達1秒，為安全保護系統(tǒng)及時提供數(shù)據(jù)，可以勝任關(guān)鍵點的測量。值得一提的是，雖然激光分析儀有諸多優(yōu)勢，但其不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析儀表。在一些測量點上，比如磨煤機出口，煤粉倉等，由于含塵量非常大，激光的透光率會受到很大的影響，

12、從而使得測量效果變差。這個時候只能采用傳統(tǒng)抽取式分析儀來測量。用在最合適的地方，只有最好的儀表，公司的目標：以最簡潔的方案解決客戶的需求，讓客戶使用到安全、易用的儀表。結(jié)合西安綠能升華儀器儀表有限責任公司多年研發(fā)生產(chǎn)結(jié)合客戶實際需求，簡單歸納幾種氧分析儀應(yīng)用及優(yōu)劣，歡迎探討：1 .電化學(xué)氧分析儀：成本最低，傳感器可測量范圍從PPM延展到百分比級別，適用范圍廣，價格便宜，適用于絕大多數(shù)應(yīng)用場合。傳感器一般3-5年使用壽命，定期更換即可。本公司此類儀表在4千到7千上下。2 .氧化錯氧分析儀：價格略高于電化學(xué)類氧分析儀，適用于煙氣，煙道氧的測量，也可用于其他場合，一臺儀表可完成等ppm級到百分比級別的測量，精度不缺失，測量速度很快，缺點是需要預(yù)熱700度左右，同時被測氣體中不能含有大濃度可燃氣如氫氣等，否則會損壞傳感器。更適合在線測量，比電化學(xué)氧分析儀重量大。本公司此類儀表價格一般在8千上下。3 .磁氧分析儀：不同于前兩種氧分析儀，傳感器無壽命限制，沒有認為損壞的前提下，可長期使用，對流量稍微敏感，需保證進氣壓力穩(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，可細分