离子流氧气传感器在氧分析仪测定氧气浓度含量中的技术方案

互推小编 2023-06-17

作为空气中主要的气体之一，氧气在空气中的体积浓度含量占比约为21%左右，由于氧气具有助燃性，且分布具有普遍性，在一些行业中，当人们需要它作为氧化剂时，它的纯度则尽可能越高越好高。相反，在其他行业，如:石油化工工艺,煤化工工艺,泄漏检测过程,气态单体过程分析,气体纯度分析,惰性气体焊接保护,热处理等行业中氧含里越少越好。因此，氧在各种气体中的含氧范围是一个很受关注的问题。那么对于直接影响工业生产过程中的工业生产能力、速度、效率和安全的一个非常重要的指标氧气含量如何检测呢？下面工采网小编通过本文给大家介绍一下氧分析仪如何检测微量氧高纯氧氧气浓度含量。

微量氧气测试环境条件：很多在高浓度气体中检测微量氧气的含量，例如纯氢气中检测微量氧气，纯氮气中检测微量氧气这些都是用微量氧气检测仪量程一般都是0-10000ppm相当于1%vol的体积比浓度范围。

高纯度氧气浓度检测应用场所：例如一些工控条件要求检测，氧气的纯度，又或者是检测制氧机生产氧气浓度，这类应用都是氧气含量比较高，建议选择0-100%vol的测量范围。

根据上述可知微量氧气检测使用：0-10000ppm;高浓度测量纯度的氧气含量：0-100%vol。为了及时、更快、更方便、准确、可靠地测量控制氧气含量我们可以通过以下方式检测，在传统的氧含量测量基本上都是通过“燃料电池法（也称电化学氧分析）”、“氧化锆氧分析仪”、“氧化锆氧含量分析仪”、“激光氧分析仪”、“磁氧分析仪”等原理检测的；但是电化学氧分析仪缺点是传感器工作场所温度范围窄，压力不能高，传感器寿命短等。另外由于电解液一直在消耗，仪表稳定性较差，漂移偏大。在使用过程中需要经常进行调试校正，以确保仪表运行的稳定性。因此，目前有市场上基于这一需求研发的一种新型氧含量测量方法离子流法。离子流传感器可以很好的替代电化学，在响应速度、稳定性、仪器价格、传感器使用寿命等方面，都要由于传统的氧含量测量方式。成本上虽然比电化学要稍贵。但是量程范围广，精度高，耐受高温，基于氧化锆原理的离子流在整个生命周期中基本上只需要前期做一次校准即可。后期基本不需要维护。原理如下：

在已稳定化的ZrO2两侧被覆铂电极，阴极侧用有气体扩散孔的罩接合，形成阴极空腔。一定温度下，ZrO2电极两侧如加一定电压时，空腔内的氧分子在阴极处获得电子形成氧离子（O2-），O2-通过ZrO2的氧空位迁移到阳极，放出电子后变成氧分子气体释放出来，这种现象被称为电化学泵，这样，阴极空腔中的氧气就被ZrO2电解质源源不断地泵到空腔外，在回路中形成电流。当氧气摩尔分数一定时，电压增加，电流强度随之增加，当电压超过某一值时，电流强度达到饱和，这是氧气通过小孔向阴极空腔内扩散受小孔限制的结果。这个饱和电流称为离子电流。气体在小孔中的扩散机制决定着传感器的性质。小孔扩散一般有2种离子电流情况，即分子扩散和Knudsen扩散。当小孔直径比气体分子的平均直径大时，即在分子扩散区离子电流值IL为：

式中，F—法拉第常数；D—自由空间氧分子扩散系数；S—扩散小孔的截面积；L—扩散小孔的长度；C—传感器周围氧的摩尔分数；CT—整个气体物质的摩尔分数。当C/CT＜1时，由式（1）可知，离子电流值与氧的摩尔分数就变成正比关系，离子电流值IL为：

由式（2）可知，离子电流和氧摩尔分数几乎成线性关系。根据输出电流大小就可以确定被测气体中的氧摩尔分数。用多孔陶瓷基片作为扩散层控制供给传感器阴极的氧，这种利用LSM作为多孔层型结构的致密扩散障碍层如图所示。

这种多孔层型氧传感器的离子电流和式（2）相同，离子电流值为：

式中，F—法拉第常数；Deff—多孔层内氧有效扩散系数；S—阴极面积；L—多孔层基片厚度；C—传感器周围的氧摩尔分数。由式（3）可知，多孔层型氧传感器的极限电流值与氧摩尔分数成线性关系。

由上述介绍可知氧分析仪如何检测微量氧高纯氧氧气浓度含量，工采网推荐在仪器中安装奥地利SENSORE微量氧离子流氧气传感器。奥地利SENSORE 微量氧离子流氧气传感器也被用户称为离子流传感器。其中传感器的氧化锆电解质中电流的载体是氧离子，所以当电压施加到氧化锆电解槽时，氧气通过氧化锆盘被抽到阳极。如果给电解槽阴极加上一个带孔的盖子，氧气流向阴极的速率就会受到限制。受到这个速率的限制，随着所施加的电压逐渐增加，电解槽内的电流会达到饱和。这个饱和电流被称为极限电流，它与周边环境中的氧气浓度成正比。基于这个原理极限电流氧传感器测量范围非常广，可测量的氧浓度从10 ppm到96%氧气不等。而且高精度，响应快，在多数情况下传感器寿命期间只需进行一次“单点校准”，后期维护非常方面。

另一方面氧分析仪是一种工业过程分析仪表，主要用于各种工业过程混合气体中氧含量检测根据不同的工况工艺，有不同原理的氧分析仪。工采网提供的奥地利SENSORE 微量氧离子流氧气传感器 - SO-B0-001内部电解槽内的饱和电流，它与周边环境中的氧气浓度时刻成正比。通过氧分析仪的显示屏让您一目了然地确保环境、工况一切正常。离子流传感器宽量程范围选择，以及长寿命特性非常适合氧分析设备上。

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