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微量氧分析儀簡介

更新時(shí)間:2012-11-16   點(diǎn)擊次數(shù): 2645次
                                                    微量氧分析儀
微量氧分析儀分為兩種分析原理:分別為燃料電池法微量氧分析儀和氧化鋯微量氧分析儀   
二、微量氧分析儀的詳細(xì)原理介紹
1、燃料電池法微量氧分析儀
    微量氧分析儀(燃料電池電化學(xué)法)   采用*密封的燃料池氧傳感器是當(dāng)前上的測氧方法之一。燃料池氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構(gòu)成,浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子,而在陽極鉛被氧化。   溶液與外界有一層高分子薄膜隔開,樣氣不直接進(jìn)入傳感器,因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴(kuò)散到氧電極中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng),電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流決定于擴(kuò)散到氧電極的氧分子數(shù),而氧的擴(kuò)散速率又正比于樣氣中的氧含量,這樣,該傳感器輸出信號(hào)大小只與樣氣中的氧含量相關(guān),而與通過傳感器的氣體總量無關(guān)。通過外部電路的連接,反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參加反應(yīng)的氧成正比例關(guān)系。 采用此方法進(jìn)行測氧,可以不受被測氣體中還原性氣體的影響,免去了許多的樣氣處理系統(tǒng)。它比老式“金網(wǎng)-鉛”原電池測氧更快速,不需要漫長的開機(jī)吹除過程,“金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進(jìn)入溶液中,導(dǎo)致儀器的維護(hù)量很大,而燃料電池法樣氣不直接進(jìn)入溶液中,傳感器可以非常穩(wěn)定可靠的工作很長時(shí)間。事實(shí)上, 燃料電池氧傳感器是*免維護(hù)的。但是在使用過程中,需要經(jīng)常校準(zhǔn),確保其測試的準(zhǔn)確性,目前市面上的燃料電池電化學(xué)氧傳感器以英國CITY的傳感器比較穩(wěn)定。   
2、氧化鋯微量氧分析儀    微量氧分析儀(氧化鋯法)   氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì),氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3,它由二元氧化物組成,其中,ZrO2稱為基體,Y2O3稱為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體,在高溫下它變成立方晶體(螢石型),但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本w,因此純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以當(dāng)在ZrO2中摻人一定量的穩(wěn)定劑Y2O3時(shí),由于Y置換了Zr的位置,一方面在晶體中留下了氧離子空穴,另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的原因,該晶體冷卻后仍保留立方晶體,因此又稱它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上分析,穩(wěn)定氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的良好導(dǎo)體。 在上述電池中,Pt表示兩個(gè)鉑電極,它是涂制在氧化鋯電解質(zhì)的兩邊,兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體分別通過電解質(zhì)的兩邊。作為氧傳感器,其中P''O2是參比氣,例如通人空氣(20.6%O2),P'O2是待測氣,例如通入煙氣。在高溫下,由于氧化鋯電解質(zhì)是良好的氧離子導(dǎo)體,上述電池便是一個(gè)典型的氧濃差電池。   在高溫下(650---850℃),氧就會(huì)從分壓大的P''O2一側(cè)向分壓小的P'O2側(cè)擴(kuò)散,這種擴(kuò)散,不是氧分子透過氧化鋯從P''O2側(cè)到P'O2側(cè),而是氧分子離解成氧離子后,通過氧化鋯的過程。在750℃左右的高溫中,在鉑電極的催化作用下,在電池的P''O2側(cè)發(fā)生還原反應(yīng),一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子,變成兩個(gè)氧離子(O2-)進(jìn)入電解質(zhì),即:   O2(P''O2)+4e→2O2- P''O2側(cè)鉑電極由于大量給出電子而帶正電,成為氧濃差電池的正極或陽極。這些氧離子進(jìn)入電解質(zhì)后,通過晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)右側(cè)的鉑電極,在電池的P'O2側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng),氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出,即:   2O-4e→O2(P'O2)   P'O2側(cè)鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電,成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上,由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢,稱之為氧濃差電動(dòng)勢。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí),負(fù)極上的電子就會(huì)通過外電路流到正極,再供給氧分子形成離子,電路中就有電流通過。   其池電勢由能斯特方程給出:   E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)   式中R為氣體常數(shù),T為電池的熱力學(xué)溫度(K),F(xiàn)為法拉第常數(shù).(1)式是在理想狀態(tài)下導(dǎo)出的, 必須具有四個(gè)條件:(1)兩邊的氣體均為理想氣體;(2)整個(gè)電池處于恒溫恒壓系統(tǒng)中;(3)濃差電池是可逆的;(4)電池中不存在任何附加電勢。因此稱(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見由于參比氣氧含量P''O2是已知的,因此測得E值后便可求得待測氣體氧含量P'O2值。   當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí),上式為:   E=48.26lg(P''O2/P'O2)   由上式,在溫度700℃時(shí),當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣(20.6%) 時(shí),由濃差電池輸出電動(dòng)勢E,就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)另一側(cè)氧分壓,這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理。
三、微量氧分析儀的主要廠家  國內(nèi)生產(chǎn)以上這些儀器的廠家大概有:南京鈦格金儀表公司、北分、南分、上海英盛、北京西比等等   進(jìn)口的也比較多:英國SYSTECH、ABB、西門子、日本橫河機(jī)電、德國德圖等等。   四、微量氧分析儀的適用范圍   微量氧分析儀使用的范圍也比較廣:鋼鐵、冶金、熱電、石化、化工、焦化、PVC、多晶硅、合成氨等行業(yè)均能使用到,其中分類如下:  ?、倏辗种蒲酢⒖辗种频?、化工流程氧含量自動(dòng)分析  ?、?電子行業(yè)保護(hù)性氣體中氧含量分析,如:氮?dú)庵形⒘垦鯗y試  ?、?磁性材料等高溫?zé)Y(jié)爐的保護(hù)性氣體中氧含量分析  ?、?玻璃、建材行業(yè)中氧含量分析及各種行業(yè)中氧含量分析
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