氧气分析仪具有测量快速、准确、高精度的特点,它采用了先进的燃料池传感器测量氧含量。由于传感器完全密封,所以传感器是免维护的。通常使用寿命可达三到五年。
是老一代微氧仪的更新换代产品。并且与先进的单片机技术,流量控制,温度补偿,压力控制系统想结合,使之具有更好的人机操作平台和广泛的使用性能。
仪器采用独特的过压保护装置,当气体流量突然增大的时候,过压保护动作,气体进入传感器的通道被切断,从而很好的保护了传感器避免过压损坏。
同时由于该仪器设计时采针阀可将传感器在不使用的条件下密封,防止传感器在空气中消耗并且可以达到对进样管路进行吹扫,以达到清扫进样管路的目的,更使它在快速、大量分析作业众发挥重要作用。
仪器工作原理:
氧气分析仪采用完全密封的燃料池氧传感器是当前国际上zui先进的测氧方法之一。
燃料池氧传感器是由高活性的氧电极和铅电极构成,浸没在KOH的溶液中。在阴极氧被还原成氢氧根离子,而在阳极铅被氧化。
O2+2H2O+4e4OH
2Pb+4OH2Pb(OH)2+4e
KOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开,样气不直接进入传感器,因而溶液与铅电极不需定期清洗或更换。
样气中的氧分子通过高分子薄膜扩散到氧电极中进行电化学反应,电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子数,而氧的扩散速率又正比于样气中的氧含量;
这样,该传感器输出信号大小只与样气中的氧含量相关,而与通过传感器的气体总量无关。通过外部电路的连接,反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧成正比例关系。
采用此方法进行测氧,可以不受被测气体中还原性气体的影响,免去了许多的样气处理系统。它比老式“金网-铅”原电池测氧更快速,不需要漫长的开机吹除过程;
“金网-铅”原电池样气直接进入溶液中,导致仪器的维护量很大,而燃料电池法样气不直接进入溶液中;
传感器可以非常稳定可靠的工作很长时间。事实上,燃料电池氧传感器是完全免维护的。
氧传感器的关键部件是氧化锆,在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。
它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度,在传感器中设置了加热器。
用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。
氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪(又称变送器、变送单元、转换器、分析仪)以及它们之间的连接电缆等组成。
主要原理
氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器,其核心的氧化锆管安置在一微型电炉内,位于整个探头的顶端。
氧化锆管是由氧化锆材料掺以一定量的氧化钇或氧化钙经高温烧结后形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结体。
由于它的立方晶格中含有氧离子空穴,因此在高温下它是良好的氧离子导体。
因其这一特性,在一定高温下,当锆管两边的氧含量不同时,它便是一个典型的氧浓差电池,在此电池中,空气是参比气,它与烟气分别位于内外电极。
在实际的氧探头中,空气流经外电极,烟气流经内电极,当烟气氧含量P小于空气氧含量P0(20.6%O2)时,空气中的氧分子从外电极上夺取4个电子形成2个氧离子,发生如下电极反应:
O(P0)+4e-→2O-2
氧离子在氧化锆管中迅速迁移到烟气边,在内电极上发生相反的电极反应:
2O-2→O(P0)+4e-
由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边,因而产生的电势又导致氧离子从烟气边反向迁移到空气边;
当这两种迁移达到平衡后,便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E,该电势信号符合"能斯特"方程:
E=(RT/4F)Ln(P0/P)(1)
式中R、F分别是气体常数和法拉第常数,T是锆管绝对温度(K),P0是空气氧含量(20.6%O2),P是烟气含量。
由(1)式可见,在一定的高温条件下(一般)600℃),一定的烟气氧含量便会有一对应的电势输出,在理想状态下,其电势值在高温区域内对应氧含量。
在理想状态下,当被测烟气与参比气浓度一样时,其输出电势E值为0mV,但在实际应用中,锆管实际条件和现场情况均不是理想状态。故事实上的锆管是偏离此值的。
实际上,一定氧含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和,我们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势,此值的大小又在不同温度下呈不同的值,并且随锆管使用期延长而变化。
因此,如不对此情况处理,会严重影响整套测氧仪的准确和探头寿命。