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氧量分析仪传感器原理解析

发布时间:2020-12-22   点击次数:319次

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氧量分析仪的传感器原理。

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),燃料电池法的原理行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,常见的应用就是各种场景下的氧气含量检测。

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。

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。

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。

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。

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