氧化锆测氧仪测氧原理及维护使用

2012-11-24 09:05:27来源: 21IC
1989年能斯特(Nernst)发现稳定氧化锆在高温下呈现的离子导电现象,在此后的一段时期内,尽管人们对这种具有离子导电性能的物质——固体电解质进行了种种研究,但进展较小。在所有固体电解质中,目前氧化锆是研究和开发应用得最普遍的一种,它已在高温技术,特别是高温测试技术上得到广泛应用。

氧化锆测氧仪与现有测氧仪表 (如磁氧分析器、电化学式氧量计、气象色谱仪等)相比,具有结构简单,响应时间短 (0.1~0.2S),测量范围宽(从ppm到百分含量),使用温度高(600~1200℃),运行可靠,安装方便,维护量小等优点。

1 氧化锆测氧仪的测氧原理

图 1为氧化锆测氧仪测氧原理示意。

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在氧化锆电解质(ZrO管)的两侧面分别烧结上多孔铂(Pc)电极,在一定温度下,当电解质两侧氧浓度不同时,高浓度侧 (空气 )的氧分子被 吸附在铂电极上与电子 (4e)结合形成氧离子O2-,使该电极带正电。O2-离子通过电解质 中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧 的 n 电极上放出电子,转化成氧分子,使该电极带负电。两个电极的反应式分别为:

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这样在两个电极间便产生了一定的电动势,氧化锆 电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。两级之间的电动势 E可由能斯特公式求得:

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式中:E——浓差 电池输出,mV;
R——理想气体常数 ,8.314W ·S/mol;
T--绝对温度 ,K;
n——电子转移数 ,在此为 4;
F-- 法拉第常数 ,96500C;
P0——参 比气体氧浓度百分数 ;
P1——待测气体氧浓度百分数。

它是氧化锆测氧的基础,当氧化锆管处的温度被加热到 600—1400oC时,高浓度侧气体用已知氧浓度 的气体作为参 比气,如用空气,则P0=20.6%。将此值及公式中的常数项合并,加之实际氧化锆电池存在温差 电势、接触电势、参比电势、极化电势,从而产生本地电势 C(mV)。

实际计算公式为:

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可见,如能测出氧探头的输出电动势 E和被测气体的绝对温度,即可算出被测气体的氧分压(浓度)P。这就是氧化锆测 氧仪测氧的基本原理。

2 氧探头的形式

按检测方式的不同,氧化锆氧量分析仪探头分为两大类:采样检测式氧探头及直插式氧探头。

1、采样检测式

采样检测方式是通过导引管,将被测气体导入氧化锆检测室,再通过加热元件把氧化锆加热到工作温度(750℃以上)。氧化锆一般采用管状,电极采用多孔铂电极(如图2)。其优点是不受检测气体温度的影响,通过采用不同的导流管可以检测各种温度气体中的氧含量,这种灵活性被运用在许多工业在线检测上。其缺点是反应时间慢;结构复杂,容易影响检测精度;在被检测气体杂质较多时,采样管容易堵塞;多孔铂电极容易受到气体中的硫,砷等的腐蚀以及细小粉尘的堵塞而失效;加热器一般用电炉丝加热,寿命不长。

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关键字:氧化锆测氧仪  测氧原理  维护使用  采样检测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1124/article_6398.html
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