各種氧分析儀原理及應(yīng)用

1、注：西安綠能升華儀器儀表有限責(zé)任公司原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！注：西安綠能升華儀器儀表有限責(zé)任公司原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！電化學(xué)氧分析儀：相當(dāng)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(cè)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，電池的碳錳電極被

2、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(guò)電流表流到陽(yáng)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(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等。（2）恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測(cè)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(qiáng)制下發(fā)生的，是一種真正的庫(kù)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、肼、等氣體的檢測(cè)之中，是目前有毒有害氣體

3、檢測(cè)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(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實(shí)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(cè)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(cè)，和鋼水中氧濃度檢測(cè)。目前這種傳感器的主要供應(yīng)商遍布全世界，主要在德國(guó)、日本、美國(guó)，最近新加

4、入幾個(gè)歐洲供應(yīng)商：英國(guó)、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(chǎng)中具有極高的順磁特性的原理制成的一種測(cè)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(duì)流式、壓力機(jī)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(chǎng)的作用下都會(huì)被磁化，呈現(xiàn)出一定的磁特性。物質(zhì)在外加磁場(chǎng)中被磁化，其本身就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)，附加

5、磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向相同時(shí)，該物質(zhì)就被外磁場(chǎng)吸引；附加磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)方向相反時(shí)，則被外磁場(chǎng)排斥。因此，我們通常會(huì)將被外磁場(chǎng)吸引的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，或者說(shuō)該物質(zhì)具有順磁性；而把被磁場(chǎng)排斥的物質(zhì)稱為逆磁性物質(zhì)，或者說(shuō)該物質(zhì)具有逆磁性。氣體介質(zhì)處于磁場(chǎng)中也會(huì)被磁化，我們根據(jù)氣體組分對(duì)磁場(chǎng)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、CH4等。磁性氧氣傳感器是磁性氧氣分析儀的核

6、心，但是目前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傳感器化”進(jìn)程。這種傳感器只能用于氧氣的檢測(cè)，選擇性極好。大氣環(huán)境中只有氮氧化物能夠產(chǎn)生微小的于空氣氧含量P0（20.6%O2）時(shí)，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)氧離子，發(fā)生如下電極反應(yīng)：O（P0）4e→2O2氧離子在氧化鋯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)：2O2→O（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(shì)又導(dǎo)致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當(dāng)這兩種

7、遷移達(dá)到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與氧濃差有關(guān)的電勢(shì)信號(hào)E該電勢(shì)信號(hào)符合“能斯特“方程：E=(RT4F)Ln(P0P)(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(duì)溫度（K）P0是空氣氧含量（20.6%O2）P是煙氣含量。由（1）式可見(jiàn)，在一定的高溫條件下（一般）600℃），一定的煙氣氧含量便會(huì)有一對(duì)應(yīng)的電勢(shì)輸出，在理想狀態(tài)下，其電勢(shì)值在高溫區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)氧含量。在理想狀態(tài)下，當(dāng)被測(cè)煙氣與參比氣濃度一樣時(shí)，其輸出電勢(shì)E值為0mV

8、但在實(shí)際應(yīng)用中，鋯管實(shí)際條件和現(xiàn)場(chǎng)情況均不是理想狀態(tài)。故事實(shí)上的鋯管是偏離此值的。實(shí)際上，一定氧含量鋯管輸出的電勢(shì)為理論值和本底電勢(shì)的和，我們稱為無(wú)濃差條件下鋯管輸出的電勢(shì)值為本底電勢(shì)或稱為零位電勢(shì)，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(zhǎng)而變化。激光氧分析儀激光氣體分析儀采用的是TDLAS光譜吸收技術(shù)，通過(guò)分析激光被氣體的選擇性吸收來(lái)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(yuǎn)小于氣體吸

9、收譜線的展寬（測(cè)量范圍更窄，更有針對(duì)性，自然抗干擾能力強(qiáng)）。因此，TDLAS技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)。相對(duì)于紅外的氣體分析儀，激光抗干擾性強(qiáng)很多，不受H2O和CO2的影響，測(cè)量更準(zhǔn)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(shì)。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(hù)起來(lái)非常簡(jiǎn)便，降低了維護(hù)費(fèi)用。最后，激光分析儀的響應(yīng)時(shí)間最低可達(dá)1秒，為安全保護(hù)系

10、統(tǒng)及時(shí)提供數(shù)據(jù)，可以勝任關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量。值得一提的是，雖然激光分析儀有諸多優(yōu)勢(shì)，但其不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分析儀表。在一些測(cè)量點(diǎn)上，比如磨煤機(jī)出口，煤粉倉(cāng)等，由于含塵量非常大，激光的透光率會(huì)受到很大的影響，從而使得測(cè)量效果變差。這個(gè)時(shí)候只能采用傳統(tǒng)抽取式分析儀來(lái)測(cè)量。用在最合適的地方，只有最好的儀表，公司的目標(biāo)：以最簡(jiǎn)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(zé)任公司多年研發(fā)生產(chǎn)結(jié)合客戶實(shí)際需求，簡(jiǎn)單歸