Service Hotline

028-85044052

中文 | ENGLISH

028-85044052

NEWS

新闻动态

掌握动态 视野未来

高纯度氧气含量分析仪(离子流氧分析仪)原理解析

2022.05.24 | 行业新闻

    氧气含量是许多工业生产过程中直接影响工业生产能力、速度、效率和安全的一个非常重要的指标。因此,为了及时控制氧气含量,如何更快、更方便、准确、可靠地测量氧气含量是非常重要的。离子流法是基于这一需求研发的一种新型氧含量测量方法。在响应速度、稳定性、仪器价格、传感器使用寿命等方面,与传统的氧含量测量方法(电化学氧分析仪、氧化锆氧分析仪、氧化锆氧含量分析仪、磁氧分析仪),特别适用于高纯度氧气含量分析(离子流氧分析仪)。

 

    传统的氧含量测量,通过“燃料电池法(也称电化学氧分析)”、“磁氧分析仪”、“氧化锆氧分析仪”、“激光氧分析仪”等原理;今天成都久尹和大家介绍一种先进的“离子流测氧仪,离子流氧分析仪”。

3D离子流-1.jpg

(离子流氧分析仪原理图)

    在已稳定化的ZrO2两侧被覆铂电极,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,ZrO2电极两侧如加一定电压时,空腔内的氧分子在阴极处获得电子形成氧离子(O2-),O2-通过ZrO2的氧空位迁移到阳极,放出电子后变成氧分子气体释放出来,这种现象被称为电化学泵,这样,阴极空腔中的氧气就被ZrO2电解质源源不断地泵到空腔外,在回路中形成电流。当氧气摩尔分数一定时,电压增加,电流强度随之增加,当电压超过某一值时,电流强度达到饱和,这是氧气通过小孔向阴极空腔内扩散受小孔限制的结果。这个饱和电流称为离子电流。气体在小孔中的扩散机制决定着传感器的性质。小孔扩散一般有2种离子电流情况,即分子扩散和Knudsen扩散。当小孔直径比气体分子的平均直径大时,即在分子扩散区离子电流值IL为:

式中,F—法拉第常数;D—自由空间氧分子扩散系数;S—扩散小孔的截面积;L—扩散小孔的长度;C—传感器周围氧的摩尔分数;CT—整个气体物质的摩尔分数。当C/CT<1时,由式(1)可知,离子电流值与氧的摩尔分数就变成正比关系,离子电流值IL为:

由式(2)可知,离子电流和氧摩尔分数几乎成线性关系。根据输出电流大小就可以确定被测气体中的氧摩尔分数。用多孔陶瓷基片作为扩散层控制供给传感器阴极的氧,这种利用LSM作为多孔层型结构的致密扩散障碍层如图所示。

 

这种多孔层型氧传感器的离子电流和式(2)相同,离子电流值为:

式中,F—法拉第常数;Deff—多孔层内氧有效扩散系数;S—阴极面积;L—多孔层基片厚度;C—传感器周围的氧摩尔分数。由式(3)可知,多孔层型氧传感器的极限电流值与氧摩尔分数成线性关系。

离子流氧分析仪传感器在不同氧浓度环境气体中,电压电流特性如下图所示:

离子电流值与氧浓度的关系曲线如下图所示:

    成都久尹科技专业气体分析仪厂家,集研发、制造、销售、服务于一休,全方位为客户提供微量氧分析仪、烟道氧分析仪、食品包装顶空残氧仪等设备综合解决方案!