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高純氧分析儀,高含量氧分析儀,3D離子流氧分析儀原理解析

更新時(shí)間:2023-10-26      點(diǎn)擊次數(shù):675

氧含量(含氧量)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,是一個(gè)非常重要的指標(biāo)之一,直接影響著生產(chǎn)的產(chǎn)能、速度、效率及安全等。因此,如何快速、準(zhǔn)確、可靠地對(duì)氧含量進(jìn)行測(cè)量,以便及時(shí)地對(duì)氧含量進(jìn)行控制就顯得十分重要。

而離子流法就是基于這一需求所研發(fā)的新型氧含量測(cè)量方法,與傳統(tǒng)的氧含量測(cè)量方法(電化學(xué)氧分析儀、氧化鋯氧量分析儀、磁氧分析儀)相比,在響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、儀器價(jià)格以及傳感器使用壽命等方面均有不小的優(yōu)勢(shì),尤其適用于高含量氧氣分析。

傳統(tǒng)的氧含量測(cè)量,通過(guò)“燃料電池法(也稱電化學(xué)氧分析)"、“磁氧分析儀"、“氧化鋯氧分析儀"、“激光氧分析儀"等原理;今天諾科儀器和大家介紹一種先進(jìn)的“離子流測(cè)氧儀,離子流氧分析儀"。

在已穩(wěn)定化的ZrO2兩側(cè)被覆鉑電極,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,ZrO2電極兩側(cè)如加一定電壓時(shí),空腔內(nèi)的氧分子在陰極處獲得電子形成氧離子(O2-),O2-通過(guò)ZrO2的氧空位遷移到陽(yáng)極,放出電子后變成氧分子氣體釋放出來(lái),這種現(xiàn)象被稱為電化學(xué)泵,這樣,陰極空腔中的氧氣就被ZrO2電解質(zhì)*地泵到空腔外,在回路中形成電流。當(dāng)氧氣摩爾分?jǐn)?shù)一定時(shí),電壓增加,電流強(qiáng)度隨之增加,當(dāng)電壓超過(guò)某一值時(shí),電流強(qiáng)度達(dá)到飽和,這是氧氣通過(guò)小孔向陰極空腔內(nèi)擴(kuò)散受小孔限制的結(jié)果。這個(gè)飽和電流稱為離子電流。氣體在小孔中的擴(kuò)散機(jī)制決定著傳感器的性質(zhì)。小孔擴(kuò)散一般有2種離子電流情況,即分子擴(kuò)散和Knudsen擴(kuò)散。當(dāng)小孔直徑比氣體分子的平均直徑大時(shí),即在分子擴(kuò)散區(qū)離子電流值IL為:

式中,F—法拉第常數(shù);D—自由空間氧分子擴(kuò)散系數(shù);S—擴(kuò)散小孔的截面積;L—擴(kuò)散小孔的長(zhǎng)度;C—傳感器周?chē)醯哪柗謹(jǐn)?shù);CT—整個(gè)氣體物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)C/CT<1時(shí),由式(1)可知,離子電流值與氧的摩爾分?jǐn)?shù)就變成正比關(guān)系,離子電流值IL為:

由式(2)可知,離子電流和氧摩爾分?jǐn)?shù)幾乎成線性關(guān)系。根據(jù)輸出電流大小就可以確定被測(cè)氣體中的氧摩爾分?jǐn)?shù)。用多孔陶瓷基片作為擴(kuò)散層控制供給傳感器陰極的氧,這種利用LSM作為多孔層型結(jié)構(gòu)的致密擴(kuò)散障礙層如下圖所示。

這種多孔層型氧傳感器的離子電流和式(2)相同,離子電流值為:

式中,F—法拉第常數(shù);Deff—多孔層內(nèi)氧有效擴(kuò)散系數(shù);S—陰極面積;L—多孔層基片厚度;C—傳感器周?chē)难跄柗謹(jǐn)?shù)。由式(3)可知,多孔層型氧傳感器的極限電流值與氧摩爾分?jǐn)?shù)成線性關(guān)系。

3D離子流氧分析儀傳感器在不同氧濃度環(huán)境氣體中,電壓電流特性如下圖所示:

3D離子電流值與氧濃度的關(guān)系曲線如下圖所示:


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