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(qiáng)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、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體

3、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(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

4、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(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

5、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、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，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，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子，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=(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）600℃），一定的煙氣氧含量便會有一對應(yīng)的電勢輸出，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(dāng)被測煙氣與參比氣濃度一樣時，其輸出電勢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為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下鋯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，并且隨鋯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TDLAS光譜吸收技術(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(yuǎn)小于氣體吸

9、收譜線的展寬（測量范圍更窄，更有針對性，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。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)起來非常簡便，降低了維護(hù)費(fèi)用。最后，激光分析儀的響應(yīng)時間最低可達(dá)1秒，為安全保護(hù)系

10、統(tǒng)及時提供數(shù)據(jù)，可以勝任關(guān)鍵點(diǎn)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(diǎn)上，比如磨煤機(jī)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，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(biāo)：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(zé)任公司多年研發(fā)生產(chǎn)結(jié)合客戶實(shí)際需求，簡單歸