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• 微量氧分析仪(燃料电池电化学法)采用完全密封的燃料池氧传感器是当前国际最先进的测氧方法之一。燃料池氧传感器是由高活性的氧电极和铅电极构成，浸没在KOH的溶液中。在阴极氧被还原成氢氧根离子，而在阳极铅被氧化。溶液与外界有一层高分子薄膜隔开，样气不直接进入传感器，因而溶液与铅电极不需定期清洗或更换。样气中的氧分子通过高分子薄膜扩散到氧电极中进行电化学反应，电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子数，而氧的扩散速率又正比于样气中的氧含量，这样，该传感器输出信号大小只与样气中的氧含量相关，而与通过传感器的气体总量无关。通过外部电路的连接，反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧成正比例关系。 采用此方法进行测氧，可以不受被测气体中还原性气体的影响，免去了许多的样气处理系统。它比老式“金网-铅”原电池测氧更快速，不需要漫长的开机吹除过程，“金网-铅”原电池样气直接进入溶液中，导致仪器的维护量很大，而燃料电池法样气不直接进入溶液中，传感器可以非常稳定可靠的工作很长时间。事实上， 燃料电池氧传感器是完全免维护的。但是在使用过程中，需要经常校准，确保其测试的准确性，市面上的燃料电池电化学氧传感器以英国CITY的传感器比较稳定。 微量氧分析仪(氧化锆法)氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物组成，其中，ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体，因此纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以当在ZrO2中掺人一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y置换了Zr的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后仍保留立方晶体，因此又称它为稳定氧化锆。据上分析，稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。 在上述电池中，Pt表示两个铂电极，它是涂制在氧化锆电解质的两边，两种氧分压为PO2和PO2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器，其中PO2是参比气，例如通人空气(20.6%O2)，PO2是待测气，例如通入烟气。在高温下，由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体，上述电池便是一个典型的氧浓差电池。在高温下（650---850℃），氧就会从分压大的PO2一侧向分压小的PO2侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从PO2侧到PO2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的PO2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子(O2-)进入电解质，即：O2（PO2）+4e→2O2- PO2侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的PO2侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即：2O－4e→O2（PO2）PO2侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。其池电势由能斯特方程给出：E=RT/4F×ln(PO2/PO2)式中R为气体常数，T为电池的热力学温度(K)，F为法拉第常数．(1)式是在理想状态下导出的， 必须具有四个条件：(1)两边的气体均为理想气体；(2)整个电池处于恒温恒压系统中；(3)浓差电池是可逆的；(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量PO2是已知的，因此测得E值后便可求得待测气体氧含量PO2值。当电池工作温度固定于700℃时，上式为：E=48.26lg(PO2/PO2)由上式，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%) 时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。 微量氧分析仪使用的范围也比较广：钢铁、冶金、热电、石化、化工、焦化、PVC、多晶硅、合成氨等行业均能使用到，其中分类如下：①空分制氧、空分制氮、化工流程氧含量自动分析② 电子行业保护性气体中氧含量分析，如：氮气中微量氧测试③ 磁性材料等高温烧结炉的保护性气体中氧含量分析④ 玻璃、建材行业中氧含量分析及各种行业中氧含量分析

  何守柱 |发布于：2022-10-21