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氧分析儀的原理與選型
氧分儀的檢測原理
1 磁式氧分儀與磁力機械式氧分儀
(1)熱磁式氧分儀檢測原理。檢測器置于高于 環境溫度的恒溫腔體內,檢測器處設有一恒定磁場,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,進行檢測。檢測室內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,zui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)磁力機械式氧分儀檢測原理。檢測器/磁鐵組件置高于環境溫度的儀表恒溫腔體內,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,測試體的兩個球受到偏轉力,產生偏轉力矩,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。這兩種類型的儀表基礎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。但這類氧分儀反應速度快,穩定性好,不消耗被測氣體.
2 電化學式氧分儀
電化學式氧分儀是基于氧氣和傳感器陰極之間的電化學反應來進行測量的。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,并在陰極產生電解反應而被還原,產生相應的電流,電流的大小與樣品氣體中氧氣的濃度成正比關系。這類儀表的應用范圍比較寬,根據結構不同,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: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,在一定的溫度下成為氧離子的固體電解質,在元件的內外側焙燒鉑電極就成了氧化鋯氧傳感器。在一定溫度下,內外兩電極間產生隨兩側氧濃度差變化的濃差電勢。當固定了參比電極側的氧濃度(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氧濃度的變化而變化。氧化鋯式氧分儀zui大的優點在于儀表工作穩定、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,在高溫下若被測氣體中含有H2、CO等還原性氣體時,會發生還原反應消耗O2,導致儀表測量值較實際偏低,這一現象在微量氧含量檢測時尤為明顯。
氧分儀的選型
工業加熱爐爐頂煙氣中氧含量的檢測
檢測加熱爐爐頂煙氣中氧氣的含量,可以計算控制加熱爐的熱效率。這類儀表的檢測點通常都在爐子的頂部,位置較高,維護不便,應選用維護量較小的儀表。在這種場合應首先考慮選用氧化鋯式氧分儀,選型時要注意,此種儀表檢測器鋯管工作溫度一般應在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,溫度過高檢測器組件壽命受影響。因此,當爐膛內溫度
高于760℃時,應把爐子內氣體抽出來冷卻后再用氧化鋯鋯頭檢測,這種情況不能選用直插式氧化鋯分析儀,應選用非直插式的儀表;爐內溫度低于760℃時,應選用直插式氧化鋯分析儀,直插式分析儀有兩種規格:①鋯頭內裝有加熱元件,儀表可以對鋯頭溫度進行恒溫控制;
②鋯頭內沒有加熱元件,分析儀鋯管的工作溫度*靠加熱爐內氣體的熱量來提供。因此,如果測試點氣體溫度低于600℃,應當選用帶有鋯頭加熱溫控功能的氧分儀,如果測試點氣體溫度高于600℃,這兩種儀表都可選用。