微量氧剖析儀用處及原理:微量氧剖析儀主要用于工業(yè)在線、實驗室以及瓶裝高純N2、Ar、He、Ne和混合氣體中的微量氧、痕量氧的迅速檢查,適用于空分設(shè)備和各氣體分裝廠高純氣體中微量氧的檢查;一起也適用于石油化工、冶金等行業(yè)的高純技術(shù)性氣體、保護性氣體中微量氧的迅速檢查。特別是關(guān)于含氧量<1 PPMv的鋼瓶氣樣、迅速、簡潔。
微量氧剖析儀分為兩種剖析原理:別離為燃料電池法微量氧剖析儀和氧化鋯微量氧剖析儀
微量氧剖析儀的原理介紹:
1、羅卓尼克對燃料電池法微量氧剖析儀的解析
微量氧剖析儀(燃料電池電化學(xué)法)
選用密封的燃料池氧傳感器是當前的測氧辦法之一。燃料池羅卓尼克氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構(gòu)成,浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被復(fù)原成氫氧根離子,而在陽極鉛被氧化。
溶液與外界有一層高分子薄膜離隔,樣氣不直接進入傳感器,因而溶液與鉛電極不需定時清潔。樣氣中的氧分子經(jīng)過高分子薄膜分散到氧電極中進行電化學(xué)反響,電化學(xué)反響中發(fā)作的電流決定于分散到氧電極的氧分子數(shù),而氧的分散速率又正比于樣氣中的氧含量,該維薩拉傳感器輸出信號巨細只與樣氣中的氧含量有關(guān),而與經(jīng)過傳感器的氣體總量無關(guān)。經(jīng)過外部電路的銜接,反響中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的巨細與參與反響的氧成正比例聯(lián)系。選用此辦法進行測氧,能夠不受被測氣體中復(fù)原性氣體的影響,免去了很多的樣氣處理體系。它比舊式“金網(wǎng)-鉛”原電池測氧迅速,不需求綿長的開機吹除進程,“金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進入溶液中,致使儀器的保護量很大,而燃料電池法樣氣不直接進入溶液中,傳感器能夠安穩(wěn)牢靠的工作很長時間。燃料電池氧傳感器是徹底免保護的。但是在使用進程中,需求經(jīng)常校準,現(xiàn)在市面上的燃料電池電化學(xué)氧傳感器以英國CITY的傳感器比較安穩(wěn)。
2、徽科特氧化鋯微量氧剖析儀
微量氧剖析儀(氧化鋯法):氧化鋯傳感器的構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì),氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物構(gòu)成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3,它由二元氧化物構(gòu)成,ZrO2稱為基體,Y2O3稱為安穩(wěn)劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體,在高溫下它變成立方晶體(螢石型),但當它冷卻后又變?yōu)閱涡本w,因而純氧化鋯的晶型是不安穩(wěn)的。所以當在ZrO2中摻人定量的安穩(wěn)劑Y2O3時,因為Y置換了Zr的方位,一方面在晶體中留下了氧離子空穴,另一方面因為晶體內(nèi)部應(yīng)力改變的原因,該晶體冷卻后仍保留立方晶體,因而又稱它為安穩(wěn)氧化鋯。據(jù)上剖析,安穩(wěn)氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的導(dǎo)體。在上述電池中,Pt表明兩個鉑電極,它是涂制在氧化鋯電解質(zhì)的兩頭,兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體別離經(jīng)過電解質(zhì)的兩頭。作為氧傳感器,其間P''O2是參比氣,例如通人空氣(20.6%O2),P'O2是待測氣,例如通入煙氣。在高溫下,因為氧化鋯電解質(zhì)是杰出的氧離子導(dǎo)體,上述電池就是一個典型的氧濃差電池。
在高溫下(650---850℃),氧就會從分壓大的P''O2一側(cè)向分壓小的P'O2側(cè)分散,這種分散,不是氧分子透過氧化鋯從P''O2側(cè)到P'O2側(cè),而是氧分子離解成氧離子后,經(jīng)過氧化鋯的進程。在750℃左右的高溫中,在鉑電極的催化作用下,在電池的P''O2側(cè)發(fā)作復(fù)原反響,一個氧分子從鉑電極取得4個電子,變成兩個氧離子(O2-)進入電解質(zhì),即:O2(P''O2)+4e→2O2-P''O2側(cè)鉑電極因為很多給出電子而帶正電,變成氧濃差電池的正極或陽極。
這些氧離子進入電解質(zhì)后,經(jīng)過晶體中的空穴向前運動抵達右側(cè)的鉑電極,在電池的P'O2側(cè)發(fā)作氧化反響,氧離子在鉑電極上開釋電子并結(jié)組成氧分子分出,即:2O-4e→O2(P'O2)。P'O2側(cè)鉑電極因為很多電子而帶負電,變成氧濃差電池的負極或陰極。這么在兩個電極上,因為正負電荷的堆積而構(gòu)成一個電勢,稱之為氧濃差電動勢。當用導(dǎo)線將兩個電極連成電路時,負極上的電子就會經(jīng)過外電路流到正極,再供給氧分子構(gòu)成離子,電路中就有電流經(jīng)過。
其池電勢由能斯特方程給出:
E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)式中R為氣體常數(shù),T為電池的熱力學(xué)溫度(K),F(xiàn)為法拉第常數(shù).(1)式是在理想狀態(tài)下導(dǎo)出的,有具有四個條件:(1)兩頭的氣體均為理想氣體;(2)整個電池處于恒溫恒壓體系中;(3)濃差電池是可逆的;(4)電池中不存在任何附加電勢。因而稱(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見因為參比氣氧含量P''O2是已知的,因而測得E值后便可求得待測氣體氧含量P'O2值。
當電池工作溫度固定于700℃時,上式為:
E=48.26lg(P''O2/P'O2)
由上式,在溫度700℃時,當固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣(20.6%)時,由濃差電池輸出電動勢E,就能夠計算出固體電介質(zhì)另一側(cè)氧分壓,這就是氧化鋯氧量剖析儀的測氧原理。