氧分析儀的原理與選型

氧分儀的檢測(cè)原理 
1 磁式氧分儀與磁力機(jī)械式氧分儀 
(1)熱磁式氧分儀檢測(cè)原理。檢測(cè)器置于高于 環(huán)境溫度的恒溫腔體內(nèi),檢測(cè)器處設(shè)有一恒定磁場(chǎng),當(dāng)要檢測(cè)的樣品氣體從檢測(cè)器的檢測(cè)室外流過(guò)時(shí),磁場(chǎng)將高磁化率的氧氣吸入檢測(cè)室內(nèi),進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)室內(nèi)的檢測(cè)元件一般為鉑絲,鉑絲上通有一恒定的加熱電流,氧氣進(jìn)入檢測(cè)室到鉑絲上被加熱,磁化率迅速變小,之后被新進(jìn)入的氧氣推出檢測(cè)室。樣品氣體中氧含量不同,進(jìn)入/排出檢測(cè)室鉑絲處的氧氣量不同,從鉑絲上帶走的熱量也不同,zui終導(dǎo)致鉑絲上的電阻值變化,檢測(cè)鉑絲電阻體的阻值即可間接測(cè)量氣體中的氧含量。
 
(2)磁力機(jī)械式氧分儀檢測(cè)原理。檢測(cè)器/磁鐵組件置高于環(huán)境溫度的儀表恒溫腔體內(nèi),檢測(cè)器中有一對(duì)充滿氮?dú)獾目招牟Ａy(cè)試體,懸掛在不均勻磁場(chǎng)中的一根鉑鎳合金絲帶上,由于“磁懸浮”效應(yīng),測(cè)試體的兩個(gè)球受到偏轉(zhuǎn)力,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,這個(gè)偏心力矩和包圍測(cè)試體的氣體的體積磁化率成正比。即和被測(cè)氣體中氧氣的含量成正比。這兩種類型的儀表基礎(chǔ)原理都是利用氧氣的順磁性,它們不適用于測(cè)量背景氣體中含有高磁化率氣體(如NO、NO2)的場(chǎng)合。但這類氧分儀反應(yīng)速度快,穩(wěn)定性好,不消耗被測(cè)氣體.

2 電化學(xué)式氧分儀 
電化學(xué)式氧分儀是基于氧氣和傳感器陰極之間的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。它的傳感器是一個(gè)電解池,外加的直流電加在電解池的陰、陽(yáng)極之間,電解池內(nèi)充以電解液,樣品氣通過(guò)擴(kuò)散板或半透膜到達(dá)陰極,并在陰極產(chǎn)生電解反應(yīng)而被還原,產(chǎn)生相應(yīng)的電流,電流的大小與樣品氣體中氧氣的濃度成正比關(guān)系。這類儀表的應(yīng)用范圍比較寬,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,即可測(cè)量氣體中的氧含量,也可以測(cè)量溶液中溶解氧的氧含量。缺點(diǎn)是:傳感器工作場(chǎng)所溫度范圍窄、壓力不能高,傳感器壽命短等。另外由于電解液一直在消耗,儀表穩(wěn)定性較差,漂移偏大。

3 氧化鋯式氧分儀 
氧化鋯分析儀的檢測(cè)原理是氧濃差電池。在氧化鋯材料中添加一定的添加劑后通過(guò)高溫?zé)Y(jié),在一定的溫度下成為氧離子的固體電解質(zhì),在元件的內(nèi)外側(cè)焙燒鉑電極就成了氧化鋯氧傳感器。在一定溫度下,內(nèi)外兩電極間產(chǎn)生隨兩側(cè)氧濃度差變化的濃差電勢(shì)。當(dāng)固定了參比電極側(cè)的氧濃度(通常以空氣作參比氣,空氣中氧含量為20.95%),則濃差電勢(shì)只隨測(cè)量側(cè)氧濃度的變化而變化。氧化鋯式氧分儀zui大的優(yōu)點(diǎn)在于儀表工作穩(wěn)定、維護(hù)量小。缺點(diǎn)是工藝樣氣溫度猝然變冷、或含有水蒸氣時(shí)鋯管容易炸裂。此外,在高溫下若被測(cè)氣體中含有H2、CO等還原性氣體時(shí),會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)消耗O2,導(dǎo)致儀表測(cè)量值較實(shí)際偏低,這一現(xiàn)象在微量氧含量檢測(cè)時(shí)尤為明顯。

氧分儀的選型 
工業(yè)加熱爐爐頂煙氣中氧含量的檢測(cè)   
檢測(cè)加熱爐爐頂煙氣中氧氣的含量,可以計(jì)算控制加熱爐的熱效率。這類儀表的檢測(cè)點(diǎn)通常都在爐子的頂部,位置較高,維護(hù)不便,應(yīng)選用維護(hù)量較小的儀表。在這種場(chǎng)合應(yīng)首先考慮選用氧化鋯式氧分儀,選型時(shí)要注意,此種儀表檢測(cè)器鋯管工作溫度一般應(yīng)在600℃以上,*工作溫度為752℃,如果低于600℃,氧化鋯氧濃差電池不能正常工作,溫度過(guò)高檢測(cè)器組件壽命受影響。因此,當(dāng)爐膛內(nèi)溫度
高于760℃時(shí),應(yīng)把爐子內(nèi)氣體抽出來(lái)冷卻后再用氧化鋯鋯頭檢測(cè),這種情況不能選用直插式氧化鋯分析儀,應(yīng)選用非直插式的儀表;爐內(nèi)溫度低于760℃時(shí),應(yīng)選用直插式氧化鋯分析儀,直插式分析儀有兩種規(guī)格:①鋯頭內(nèi)裝有加熱元件,儀表可以對(duì)鋯頭溫度進(jìn)行恒溫控制;
②鋯頭內(nèi)沒(méi)有加熱元件,分析儀鋯管的工作溫度*靠加熱爐內(nèi)氣體的熱量來(lái)提供。因此,如果測(cè)試點(diǎn)氣體溫度低于600℃,應(yīng)當(dāng)選用帶有鋯頭加熱溫控功能的氧分儀,如果測(cè)試點(diǎn)氣體溫度高于600℃,這兩種儀表都可選用。