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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

    發表時間:2020-10-15   責任編輯:admin   

    氧含量(含氧量)在工業生產過程中,是一個非常重要的指標之一,直接影響著生產的產能、速度、效率及安全等。因此,如何快速、準確、可靠的對氧含量進行測量,以便及時地對氧含量進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的新型氧含量測量方法,與傳統的氧含量測量方法(電化學氧分析儀、氧化鋯氧量分析儀、磁氧分析儀)相比,在響應速度、穩定性、儀器價格以及傳感器使用壽命等方面均有不小的優勢,尤其適用于高含量氧氣分析。


    傳統的氧含量測量,通過“燃料電池法(也稱電化學氧分析)”、“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的“離子流測氧儀,離子流氧分析儀”。

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    (3D離子流氧分析儀原理圖)

    在已穩定化的ZrO2兩側被覆鉑電極,陰極側用有氣體擴散孔的罩接合,形成陰極空腔。一定溫度下,ZrO2電極兩側如加一定電壓時,空腔內的氧分子在陰極處獲得電子形成氧離子(O2-),O2-通過ZrO2的氧空位遷移到陽極,放出電子后變成氧分子氣體釋放出來,這種現象被稱為電化學泵,這樣,陰極空腔中的氧氣就被ZrO2電解質源源不斷地泵到空腔外,在回路中形成電流。當氧氣摩爾分數一定時,電壓增加,電流強度隨之增加,當電壓超過某一值時,電流強度達到飽和,這是氧氣通過小孔向陰極空腔內擴散受小孔限制的結果。這個飽和電流稱為離子電流。氣體在小孔中的擴散機制決定著傳感器的性質。小孔擴散一般有2 種離子電流情況,即分子擴散和Knudsen擴散。當小孔直徑比氣體分子的平均直徑大時,即在分子擴散區離子電流值IL為:式中,F—法拉第常數;D—自由空間氧分子擴散系數;S—擴散小孔的截面積;L—擴散小孔的長度;C—傳感器周圍氧的摩爾分數;CT—整個氣體物質的摩爾分數。當C/CT<1 時,由式(1)可知,離子電流值與氧的摩爾分數就變成正比關系,離子電流值IL為:由式(2)可知,離子電流和氧摩爾分數幾乎成線性關系。根據輸出電流大小就可以確定被測氣體中的氧摩爾分數。用多孔陶瓷基片作為擴散層控制供給傳感器陰極的氧,這種利用LSM作為多孔層型結構的致密擴散障礙層如下圖所示。

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    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;Deff—多孔層內氧有效擴散系數;S—陰極面積;L—多孔層基片厚度;C—傳感器周圍的氧摩爾分數。由式(3)可知,多孔層型氧傳感器的極限電流值與氧摩爾分數成線性關系。


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

    3D離子電流值與氧濃度的關系曲線如下圖所示:

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