淺談幾種氧分析儀的檢測原理

        1、磁式氧分析儀與磁力機械式氧分析儀

       (1)熱磁式氧分析儀檢測原理。檢測器置于高于環(huán)境溫度的恒溫腔體內(nèi),檢測器處設(shè)有一恒定磁場,當要檢測的樣品氣體從檢測器的檢測室外流過時,磁場將高磁化率的氧氣吸入檢測室內(nèi),進行檢測。

       檢測室內(nèi)的檢測元件一般為鉑絲,鉑絲上通有一恒定的加熱電流,氧氣進入檢測室到鉑絲上被加熱,磁化率迅速變小,之后被新進入的氧氣推出檢測室。樣品氣體中氧含量不同,進入/排出檢測室鉑絲處的氧氣量不同,從鉑絲上帶走的熱量也不同,*終導致鉑絲上的電阻值變化,檢測鉑絲電阻體的阻值即可間接測量氣體中的氧含量。

      (2)磁力機械式氧分析儀檢測原理。檢測器/磁鐵組件置高于環(huán)境溫度的儀表恒溫腔體內(nèi),檢測器中有一對充滿氮氣的空心玻璃測試體,懸掛在不均勻磁場中的一根鉑鎳合金絲帶上,由于“磁懸浮”效應(yīng),測試體的兩個球受到偏轉(zhuǎn)力,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,這個偏心力矩和包圍測試體的氣體的體積磁化率成正比。即和被測氣體中氧氣的含量成正比。這兩種類型的氧分析儀儀表基礎(chǔ)原理都是利用氧氣的順磁性,它們不適用于測量背景氣體中含有高磁化率氣體(如NO、NO2)的場合。但這類氧分析儀反應(yīng)速度快,穩(wěn)定性好,不消耗被測氣體。

       2、電化學式氧分析儀 

       電化學式氧分析儀是基于氧氣和傳感器陰極之間的電化學反應(yīng)來進行測量的。它的傳感器是一個電解池,外加的直流電加在電解池的陰、陽極之間,電解池內(nèi)充以電解液,樣品氣通過擴散板或半透膜到達陰極,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,即可測量氣體中的氧含量,也可以測量溶液中溶解氧的氧含量。缺點是:氧分析儀傳感器工作場所溫度范圍窄、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、氧化鋯式氧分析儀 

       氧化鋯分析儀的檢測原理是氧濃差電池。在氧化鋯材料中添加一定的添加劑后通過高溫燒結(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。當固定了參比電極側(cè)的氧濃度(通常以空氣作參比氣,空氣中氧含量為20.95%),則濃差電勢只隨測量側(cè)氧濃度的變化而變化。氧化鋯式氧分析儀*大的優(yōu)點在于儀表工作穩(wěn)定、維護量小。缺點是工藝樣氣溫度猝然變冷、或含有水蒸氣時鋯管容易炸裂。此外氧分析儀,在高溫下若被測氣體中含有H2、CO等還原性氣體時,會發(fā)生還原反應(yīng)消耗O2,導致儀表測量值較實際偏低,這一現(xiàn)象在微量氧含量檢測時尤為明顯。