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电化学氧分析仪、氧化锆氧分析仪的原理及应用

  • 更新时间2024-06-25
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在化工企业生产过程中,尤其是存在化学反应的的生产过程中,气体分析仪表的应用非常的广泛,对生产过程控制及工艺指导起着关键作用,随着技术发展,气体分析仪器的种类也越来越多,一般根据气检测原理来划分。如电化学原理、热导原理、红外原理、激光原理;今天诺科仪器主要介绍一下电化学式氧量分析仪的传感器原理及分类。
 
电化学式传感器是利用被检测气体的电化学活性,将其氧化或还原,从而检测气体含量。

电化学传感器分类:

1、原电池型传感器(又称燃料电池法),燃料电池法的原理同生活用的干电池原理类似,不同的是,氧量分析仪的电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧量分析仪传感器为例,氧在阴极被还原,电子通过电流表流到阳极,在那里铅金属被氧化,电流的大小与氧气的浓度直接相关,通过检测电流大小即可检测出气体的浓度,最常见的应用就是各种场景下的氧气含量检测。

优点:量程范围从ppm级痕量氧到%级别的氧含量均可检测
缺点:传感器寿命短,因为电化学是消耗性的
 

2、恒定电位电解池型传感器,此类型传感器用于检测还原性气体非常有效,它的原理与原电池型传感器不同,它的电化学反应是在电流强制下发生的,是一种真正的基于库仑分析法的传感器。恒定电位电解池型传感器常见检测气体有,一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测,是目前有毒有害气体检测的主流传感器。

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优点:适应性广泛,可检测气体种类非常多
缺点:寿命及精度相对其他传感器差,多用于气体报警器传感器

3、浓差电池型传感器,其工作原理是气敏材料会吸收气体,在吸收气体时形成浓差电池,具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧,会自发形成浓差电动势,电动势的大小与气体的浓度有关,通过测量输出的电动势,即可检测出被测气体的浓度含量。这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。
 
4、极限电流型传感器,其原理是在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。通过检测电流的强度即可反映出氧气浓度含量的变化。

优缺点:用于检测高纯氧,对于微量氧检测精度差

5、氧化锆型,氧量分析仪传感器,是电化学式分析传感器中发展相对较晚的一种,其原理是根据浓差电池原理。

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在氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极,当氧化锆两侧的氧分压不同时,氧分压高的一侧的氧以离子形式向氧分压低的一侧迁移,结果使氧分压高的一侧铂电极失去电子显正电,而氧分压低的一侧铂电极得到电子显负电,因而在两铂电极之间产生氧浓差电势。此电势在温度一定时只与两侧气体中氧气含量的差(氧浓差)有关。若一侧氧气含量已知,则另一侧氧气含量就可用氧浓差电势表示,测出氧浓差电势,便可知道氧气含量。
优缺点:多用于检测烟道、锅炉等高温环境下气体中氧含量,且被测气体中不能含有还原性气体,因为氧化锆原理需要加热到一定温度后才能稳定检测。

 

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