氧氣分析儀工作原理

氧氣分析儀工作原理

  成都久尹科技研發(fā)生產(chǎn)的氧氣分析儀測(cè)量原理有： 雙氧化鋯、燃料電池、電化學(xué)、離子流（界限電流）這幾種，本文主要分享一下氧化鋯、燃料電池、電化學(xué)這幾種的工作原理。

(1)氧化鋯傳感器式氧分析儀

氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷，一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體，當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí)，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有7%的體積收縮;當(dāng)溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO2就會(huì)破裂。因此，純凈的ZrO2不能用作測(cè)量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料，這時(shí)，四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換，同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴，所以ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。

在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個(gè)鉑電極，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí)，氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移，結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電，因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)。此電勢(shì)在溫度一定時(shí)只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數(shù))，則另一側(cè)氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢(shì)表示，測(cè)出氧濃差電勢(shì)，便可知道煙氣中氧氣含量。

(2)燃料電池法氧分析儀

燃料電池法氧分析儀采用完全密封的燃料池氧傳感器是當(dāng)前國(guó)際上zui先進(jìn)的測(cè)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(méi)在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽(yáng)極鉛被氧化。

KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開(kāi)，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(guò)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(guò)傳感器的氣體總量無(wú)關(guān)。通過(guò)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。

HT-LA431氧氣含量分析儀采用此方法進(jìn)行測(cè)氧，可以不受被測(cè)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(cè)氧更快速，不需要漫長(zhǎng)的開(kāi)機(jī)吹除過(guò)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(zhǎng)時(shí)間。事實(shí)上，燃料電池氧傳感器是完全免維護(hù)的。

(4)電化學(xué)式氧氣分析儀

一種化學(xué)類的氣體分析儀表。它根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的離子量的變化或電流變化來(lái)測(cè)量氣體成分。為了提高選擇性，防止測(cè)量電極表面玷污和保持電解液性能，一般采用隔膜結(jié)構(gòu)。

常用的電化學(xué)式分析儀有定電位電解式和伽伐尼電池式兩種。定電位電解式分析儀的工作原理是在電極上施加特定電位，被測(cè)氣體在電極表面就產(chǎn)生電解作用，只要測(cè)量加在電極上的電位，即可確定被測(cè)氣體特有的電解電位，從而使儀表具有選擇識(shí)別被測(cè)氣體的能力。

伽伐尼電池式分析儀是將透過(guò)隔膜而擴(kuò)散到電解液中的被測(cè)氣體電解，測(cè)量所形成的電解電流，就能確定被測(cè)氣體的濃度。通過(guò)選擇不同的電極材料和電解液來(lái)改變電極表面的內(nèi)部電壓從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同電解電位的氣體的選擇性。