氧分析儀測(cè)量原理

萊恩儀表

氧分析儀的測(cè)量原理主要有以下幾種：
1.順磁式氧分析儀
-熱磁式：檢測(cè)器置于高于環(huán)境溫度的恒溫腔體內(nèi)，有恒定磁場(chǎng)。樣品氣體流過時(shí)，高磁化率的氧氣被吸入檢測(cè)室，在鉑絲上加熱后磁化率變小被推出。不同氧含量導(dǎo)致進(jìn)入/排出檢測(cè)室鉑絲處的氧氣量和帶走熱量不同，使鉑絲電阻值變化，通過檢測(cè)鉑絲電阻間接測(cè)量氧含量。該原理不受被測(cè)氣樣導(dǎo)熱性、密度變化等影響，靈敏度高、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快，但易受背景氣組分熱導(dǎo)率、密度影響，不適用于含大量順磁性高的氣體場(chǎng)合。
-磁壓力式：根據(jù)被測(cè)氣體在磁場(chǎng)作用下壓力的變化量來測(cè)量氧含量。被測(cè)氣體進(jìn)入磁場(chǎng)后產(chǎn)生壓力差，參比氣從兩個(gè)參比通道進(jìn)入測(cè)量池，一路在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)與樣氣相遇，另一路不經(jīng)過磁場(chǎng)區(qū)域直接與樣氣相遇，氧濃度不同的兩種氣體在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生與氧濃度差成正比的氣流，微流量傳感器測(cè)得該氣流并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。其背景氣對(duì)氧測(cè)量影響小、耗氣量少、微流量檢測(cè)器靈敏度高、穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)，可用于腐蝕性氣體的檢測(cè)，但對(duì)震動(dòng)敏感，安裝位置需防振避震。
-磁機(jī)械式：在密閉氣室中有兩對(duì)不均勻磁場(chǎng)的磁極，充有氮?dú)獾牟Ａ虬惭b在磁極間，固定在可旋轉(zhuǎn)同軸支架上。啞鈴中軸有反射鏡將光源光束反射到光電傳感器。待測(cè)氣體中的氧氣被吸入磁場(chǎng)使啞鈴球旋轉(zhuǎn)，反射鏡角度變化使光電傳感器光強(qiáng)變化，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電磁線圈使啞鈴球復(fù)位，驅(qū)動(dòng)電流與氧濃度成正比。該原理不受被測(cè)氣體導(dǎo)熱性、密度變化等影響，線性刻度、測(cè)量精度較高、靈敏度高、響應(yīng)速度快，但對(duì)震動(dòng)和電磁干擾敏感。
2.氧化鋯氧分析儀
-氧濃差法：在氧化鋯電解質(zhì)兩側(cè)面燒結(jié)多孔鉑電極，當(dāng)兩側(cè)氧濃度不同時(shí)，高濃度側(cè)氧分子吸附在鉑電極上形成氧離子，通過電解質(zhì)遷移到低氧濃度側(cè)放出電子變成氧分子，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。氧化鋯電解質(zhì)、鉑電極及兩側(cè)不同氧濃度氣體組成氧探頭。該原理儀表工作穩(wěn)定、維護(hù)量小，可測(cè)高溫、高粉塵環(huán)境下的氣體，但工藝樣氣溫度驟變或含水蒸氣時(shí)鋯管易炸裂，高溫下若被測(cè)氣體含還原性氣體會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值偏低，不可測(cè)高濕、有害、可燃、還原氣體。
-界限電流法：在已穩(wěn)定化的氧化鋯兩側(cè)覆鉑電極，陰極側(cè)用有氣體擴(kuò)散孔的罩接合形成陰極空腔。一定溫度下加電壓，空腔內(nèi)氧分子在陰極獲電子形成氧離子，通過氧化鋯氧空位遷移到陽(yáng)極釋放電子變成氧分子，形成電流。電壓增加電流強(qiáng)度隨之增加，達(dá)到飽和時(shí)的極限電流與摩爾分?jǐn)?shù)成線性關(guān)系，測(cè)得界限電流可得氧濃度。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、維護(hù)工作量小，適用于高溫、高粉塵環(huán)境，多數(shù)用于惰性氣體中的氧氣和尾氣中的氧測(cè)量，但不可測(cè)高濕氣體和有毒有害氣體。
3.電化學(xué)式氧分析儀（燃料電池法）：傳感器由陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)組成，氧經(jīng)過滲透膜進(jìn)入燃料電池后，在陰極發(fā)生氧化反應(yīng)生成陽(yáng)極氧化物，反應(yīng)中氧氣得到電子產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與氧氣濃度成正比，通過檢測(cè)電流大小分析氧氣含量。一般陰極由貴金屬構(gòu)成，陽(yáng)極由鉛構(gòu)成，電解質(zhì)如KCl或醋酸鉛等。該方法可測(cè)量ppm級(jí)氧含量，電解池式可測(cè)量ppb級(jí)氧含量，價(jià)格較低，液體燃料電池式主要用于微量氧測(cè)量，堿性液體燃料電池可用于一般氣體，不受樣氣壓力和溫度影響，但燃料會(huì)影響儀器壽命，非特定型易受干擾，濕度對(duì)精度有影響。
4.激光式氧分析儀：采用光學(xué)原理，利用氧氣對(duì)特定波長(zhǎng)激光的吸收特性來測(cè)量氧氣濃度。具有響應(yīng)速度快、對(duì)預(yù)處理要求低、耐腐蝕、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，對(duì)強(qiáng)粉塵環(huán)境敏感，在一些含塵量非常大的場(chǎng)合測(cè)量效果會(huì)變差。
5.電化學(xué)式氧分析儀（原電池型）：基于電化學(xué)原理工作，通常由一個(gè)傳感電極（工作電極）和一個(gè)對(duì)電極組成，兩電極間有一層薄薄的電解液。要檢測(cè)的氣體先通過疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入傳感器到達(dá)電極表面，在感應(yīng)電極發(fā)生氧化/還原反應(yīng)，電極間連接電阻，陰極和陽(yáng)極間會(huì)產(chǎn)生與氧濃度成正比的電流，通過檢測(cè)該電流得出氣體中的氧濃度。該方法相對(duì)來說通用性好、價(jià)格適中、測(cè)量精度和準(zhǔn)確性都不錯(cuò)，但傳感器壽命短，容易受其他氣體影響（如腐蝕性氣體）。
總的來說，不同類型的氧分析儀各有特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，在選擇時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工況條件來綜合考慮其性能、優(yōu)缺點(diǎn)等因素。

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