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氧化锆氧气分析仪检测原理是什么?
更新时间:2025-03-05   点击次数:26次
  氧化锆氧气分析仪的检测原理主要是基于氧化锆在高温下的固体电解质特性,通过电势差来检测氧气含量。以下是其详细的检测原理:
  1.传感器结构与氧浓差电池形成
  氧化锆电解质:氧化锆是一种具有离子导电性质的固体电解质材料。在其两侧烧结上多孔铂电极后,当氧化锆两侧的气体存在氧分压差异时,就会形成氧浓差电池。例如,一侧暴露于空气等参比气体(氧分压较高),另一侧接触被测气体(氧分压可能较低)。
  氧离子迁移:氧气分子在高氧分压侧(如空气侧)的铂电极上被吸附并发生反应,获得电子形成氧离子。这些氧离子通过氧化锆电解质中的氧离子空位,从高浓度侧向低浓度侧迁移,即从参比气体侧向被测气体侧迁移。
  2.电动势产生与测量
  能斯特电动势:由于氧离子的迁移,使得两个铂电极之间产生了电位差,形成了能斯特电动势。该电动势的大小与两侧气体中的氧气含量有关,并且在一定温度下呈函数对应关系。具体来说,电动势与两侧氧气浓度差的对数成正比。
  电动势测量:通过连接在两个铂电极之间的测量电路,精确测量出这个电动势的值。测量得到的电动势信号非常微弱,通常为毫伏级,因此需要采用高输入阻抗的放大器进行放大处理,以便后续的分析和显示。
  3.温度补偿与控制
  温度影响:氧化锆的氧离子迁移率和电动势的大小都受到温度的影响。为了确保测量的准确性,必须对温度进行精确的控制和补偿。一般来说,氧化锆探头的工作温度需要在600℃至800℃之间,以保持氧化锆的良好导电性。
  温度控制方式:常用的温度控制方法有恒温加热和热电偶补偿两种。恒温加热是通过加热装置将氧化锆探头保持在恒定的温度下工作;热电偶补偿则是利用热电偶测量探头的实际温度,并将温度信号传输给变送器进行温度补偿计算,以消除温度变化对测量结果的影响。
  4.数据处理与显示
  信号转换:经过放大和温度补偿处理后的电动势信号,被送入微处理器或计算机系统进行进一步的数据处理。根据预先存储的校准曲线或算法,将电动势信号转换为对应的氧气含量值。
  显示与输出:最终得到的氧气含量值可以在分析仪的显示屏上直接显示出来,同时也可以通过模拟信号或数字通信接口输出给外部的设备或控制系统,以便进行远程监控和数据记录。
 
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