氧分析仪测量原理

莱恩仪表

氧分析仪的测量原理主要有以下几种：
1.顺磁式氧分析仪
-热磁式：检测器置于高于环境温度的恒温腔体内，有恒定磁场。样品气体流过时，高磁化率的氧气被吸入检测室，在铂丝上加热后磁化率变小被推出。不同氧含量导致进入/排出检测室铂丝处的氧气量和带走热量不同，使铂丝电阻值变化，通过检测铂丝电阻间接测量氧含量。该原理不受被测气样导热性、密度变化等影响，灵敏度高、测量精度高、响应速度快，但易受背景气组分热导率、密度影响，不适用于含大量顺磁性高的气体场合。
-磁压力式：根据被测气体在磁场作用下压力的变化量来测量氧含量。被测气体进入磁场后产生压力差，参比气从两个参比通道进入测量池，一路在磁场区域内与样气相遇，另一路不经过磁场区域直接与样气相遇，氧浓度不同的两种气体在交变磁场作用下产生与氧浓度差成正比的气流，微流量传感器测得该气流并转变为电信号。其背景气对氧测量影响小、耗气量少、微流量检测器灵敏度高、稳定性和抗干扰能力强，可用于腐蚀性气体的检测，但对震动敏感，安装位置需防振避震。
-磁机械式：在密闭气室中有两对不均匀磁场的磁极，充有氮气的玻璃球安装在磁极间，固定在可旋转同轴支架上。哑铃中轴有反射镜将光源光束反射到光电传感器。待测气体中的氧气被吸入磁场使哑铃球旋转，反射镜角度变化使光电传感器光强变化，控制系统驱动电磁线圈使哑铃球复位，驱动电流与氧浓度成正比。该原理不受被测气体导热性、密度变化等影响，线性刻度、测量精度较高、灵敏度高、响应速度快，但对震动和电磁干扰敏感。
2.氧化锆氧分析仪
-氧浓差法：在氧化锆电解质两侧面烧结多孔铂电极，当两侧氧浓度不同时，高浓度侧氧分子吸附在铂电极上形成氧离子，通过电解质迁移到低氧浓度侧放出电子变成氧分子，产生电动势。氧化锆电解质、铂电极及两侧不同氧浓度气体组成氧探头。该原理仪表工作稳定、维护量小，可测高温、高粉尘环境下的气体，但工艺样气温度骤变或含水蒸气时锆管易炸裂，高温下若被测气体含还原性气体会导致测量值偏低，不可测高湿、有害、可燃、还原气体。
-界限电流法：在已稳定化的氧化锆两侧覆铂电极，阴极侧用有气体扩散孔的罩接合形成阴极空腔。一定温度下加电压，空腔内氧分子在阴极获电子形成氧离子，通过氧化锆氧空位迁移到阳极释放电子变成氧分子，形成电流。电压增加电流强度随之增加，达到饱和时的极限电流与摩尔分数成线性关系，测得界限电流可得氧浓度。该方法结构简单、反应迅速、维护工作量小，适用于高温、高粉尘环境，多数用于惰性气体中的氧气和尾气中的氧测量，但不可测高湿气体和有毒有害气体。
3.电化学式氧分析仪（燃料电池法）：传感器由阴极、阳极和电解质组成，氧经过渗透膜进入燃料电池后，在阴极发生氧化反应生成阳极氧化物，反应中氧气得到电子产生的电流强度与氧气浓度成正比，通过检测电流大小分析氧气含量。一般阴极由贵金属构成，阳极由铅构成，电解质如KCl或醋酸铅等。该方法可测量ppm级氧含量，电解池式可测量ppb级氧含量，价格较低，液体燃料电池式主要用于微量氧测量，碱性液体燃料电池可用于一般气体，不受样气压力和温度影响，但燃料会影响仪器寿命，非特定型易受干扰，湿度对精度有影响。
4.激光式氧分析仪：采用光学原理，利用氧气对特定波长激光的吸收特性来测量氧气浓度。具有响应速度快、对预处理要求低、耐腐蚀、抗干扰性强等优点，但价格昂贵，对强粉尘环境敏感，在一些含尘量非常大的场合测量效果会变差。
5.电化学式氧分析仪（原电池型）：基于电化学原理工作，通常由一个传感电极（工作电极）和一个对电极组成，两电极间有一层薄薄的电解液。要检测的气体先通过疏水膜扩散进入传感器到达电极表面，在感应电极发生氧化/还原反应，电极间连接电阻，阴极和阳极间会产生与氧浓度成正比的电流，通过检测该电流得出气体中的氧浓度。该方法相对来说通用性好、价格适中、测量精度和准确性都不错，但传感器寿命短，容易受其他气体影响（如腐蚀性气体）。
总的来说，不同类型的氧分析仪各有特点和适用场景，在选择时需要根据具体的应用需求和工况条件来综合考虑其性能、优缺点等因素。