氧含量(含氧量)在工業(yè)生產過程中,是一個非常重要的指標之一,,直接影響著生產的產能,、速度、效率及安全等,。因此,,如何快速、準確、可靠地對氧含量進行測量,,以便及時地對氧含量進行控制就顯得十分重要,。
而離子流法就是基于這一需求所研發(fā)的新型氧含量測量方法,與傳統(tǒng)的氧含量測量方法(電化學氧分析儀,、氧化鋯氧量分析儀,、磁氧分析儀)相比,,在響應速度,、穩(wěn)定性、儀器價格以及傳感器使用壽命等方面均有不小的優(yōu)勢,,尤其適用于高含量氧氣分析,。
傳統(tǒng)的氧含量測量,通過“燃料電池法(也稱電化學氧分析)”,、“磁氧分析儀”,、“氧化鋯氧分析儀”、“激光氧分析儀”等原理,;今天諾科儀器和大家介紹一種先進的“離子流測氧儀,,離子流氧分析儀”。
在已穩(wěn)定化的ZrO2兩側被覆鉑電極,,陰極側用有氣體擴散孔的罩接合,,形成陰極空腔。一定溫度下,,ZrO2電極兩側如加一定電壓時,,空腔內的氧分子在陰極處獲得電子形成氧離子(O2-),O2-通過ZrO2的氧空位遷移到陽極,,放出電子后變成氧分子氣體釋放出來,,這種現(xiàn)象被稱為電化學泵,這樣,,陰極空腔中的氧氣就被ZrO2電解質*地泵到空腔外,,在回路中形成電流。當氧氣摩爾分數一定時,,電壓增加,,電流強度隨之增加,當電壓超過某一值時,,電流強度達到飽和,,這是氧氣通過小孔向陰極空腔內擴散受小孔限制的結果。這個飽和電流稱為離子電流,。氣體在小孔中的擴散機制決定著傳感器的性質,。小孔擴散一般有2種離子電流情況,即分子擴散和Knudsen擴散。當小孔直徑比氣體分子的平均直徑大時,,即在分子擴散區(qū)離子電流值IL為:
式中,,F(xiàn)—法拉第常數;D—自由空間氧分子擴散系數,;S—擴散小孔的截面積,;L—擴散小孔的長度;C—傳感器周圍氧的摩爾分數,;CT—整個氣體物質的摩爾分數,。當C/CT<1時,由式(1)可知,,離子電流值與氧的摩爾分數就變成正比關系,,離子電流值IL為:
由式(2)可知,離子電流和氧摩爾分數幾乎成線性關系,。根據輸出電流大小就可以確定被測氣體中的氧摩爾分數,。用多孔陶瓷基片作為擴散層控制供給傳感器陰極的氧,這種利用LSM作為多孔層型結構的致密擴散障礙層如下圖所示,。
這種多孔層型氧傳感器的離子電流和式(2)相同,,離子電流值為:
式中,F(xiàn)—法拉第常數,;Deff—多孔層內氧有效擴散系數,;S—陰極面積;L—多孔層基片厚度,;C—傳感器周圍的氧摩爾分數,。由式(3)可知,多孔層型氧傳感器的極限電流值與氧摩爾分數成線性關系,。
3D離子流氧分析儀傳感器在不同氧濃度環(huán)境氣體中,,電壓電流特性如下圖所示:
3D離子電流值與氧濃度的關系曲線如下圖所示:
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