氧传感器比较

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1、新型氧含量测量方法--3D离子流氧分析仪来源：上海市计量测试技术研究院上海昶艾电子科技有限公司

2、作者：高艳秋陈亚平颜怀智

3、发布时间：2014-02-13

4、浏览：327次 【关闭此页】摘要：  通过铜氨溶液吸收法”、“燃料电池法”、“磁氧法”、“氧化锆法”、“激光法”等测氧方法的原理、特点等的叙说，介绍一种先进的“离子流”测氧仪。关键词： 铜氨溶液、燃料电池、磁氧、氧化锆、激光、离子流、测氧仪。氧含量在很多工业生产过程中都是一个非常重要的指标，直接影响着工业生产的产能、速度、效率及安全等。因此，如何更加快速方便，准确可靠地对氧含量进行测量，以便及时地对氧含量进

5、行控制就显得十分重要。而离子流法就是基于这一需求所研发的新型氧含量测量方法，与传统的氧含量测量方法相比，在响应速度、稳定性、仪器价格以及传感器使用寿命等方面均有不小的优势，尤其适用于高含量氧气分析。 1.传统的氧含量测量方法：包括铜氨溶液吸收法、燃料电池法、顺磁法、氧化锆浓差电位法以及激光法等，现简述其原理及优缺点如下：1.1铜氨溶液吸收法铜氨溶液是将卷成螺旋状的铜丝投入由氯化铵饱和溶液与氨水以1:1比例配制的溶液中所制成的。当将含有氧气的气体样品通入装有铜氨溶液的吸收瓶时，在有氨气存在的情况下，铜被样品中的氧气氧化，生成氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu2O

6、)，反应方程式如下：所生成的氧化铜和氧化亚铜分别与氨水、氯化铵作用，生成可溶性的高价铜盐Cu(NH3)2Cl2和低价铜盐Cu2(NH3)2Cl2。低价铜盐吸收氧气转成高价铜盐，高价铜盐又被铜还原成低价铜盐，如此循环作用，直到气体中的氧气耗完为止。根据气体体积的减少量即可得到气体中的氧含量(体积百分比浓度)。此方法是经典的氧含量测量方法，常用于仲裁，且成本较低，目前仍有不少气体实验室和检测机构保留此类方法，但一般只适用于测量氧含量小于99.9%的气体样品。其缺点包括需要配制溶液、绕制铜丝，较为繁琐；整个测量过程均需手工操作，不适用于在线式连续分析；当被测气体中

7、含有其它氧化性气体时会对测量结果产生干扰等。且由于整套吸收装置均为玻璃器皿，较易损坏。 1.2燃料电池法  燃料电池通常由惰性金属电极(阴极)+铅(或石墨)电极(阳极)+电解质(分为酸性和碱性两种)组成，阴极与阳极各连接一块金属片作为电极引线，电解质通过阴极上的众多圆孔外溢在阴极表面形成一层电解质薄层，电解质薄层的上面覆盖一张可以渗透气体的聚四氟乙烯(PTFE)膜，气体样品经过渗透膜进入阴极，其中的氧与电解质发生反应，所产生的OH-离子在电场作用下迁移至阳极，在阳极失去电子生成水。例如以银作为阳极材料时，化学反应方程式如下：OH-迁移所产生的电流强度与气体样

8、品中的氧含量成正比，通过测量燃料电池中所产生的电流强度即可得到气体样品中的氧含量。此方法的优点是燃料电池结构简单，体积小巧，且响应速度较快，因此此方法的氧分析仪非常适于便携使用，而且价格较为便宜。但燃料电池为消耗型检测器，其寿命决定于流经传感器的氧累积总量，阳电极在测量中不断反应消耗，一旦耗尽，燃料电池即失效，需进行更换。且燃料电池法氧分析仪的测量精度和稳定性较差，尤其当用于测量含氧量大于90%的气体样品时，月漂移量在可达到1%以上。此外，需要注意的是当使用电解质为碱性的燃料电池时，不适用于酸性气体中的氧含量分析，而当电解质为酸性时，则不适用于碱性气体的测量

9、。1.3顺磁法(以磁力机械式为例) 顺磁法测量氧含量是基于氧气是顺磁性物质，其体积磁化率在20℃时可达到k=1062×10-6(C.G.S.M)的特性，其它气体的体积磁化率与氧气相比(NO除外)要小得多，因此利用顺磁法分析氧含量一直是最为有效的方法之一。磁力机械式氧分析仪是顺磁法分析氧含量的代表性仪器之一。其氧传感器是一对充满氮气的石英玻璃哑铃球，哑铃球上缠有铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬挂在磁场中，正中装有一个小反射镜。仪器内置的光源发射光束，经反射镜反射后被光敏组件制成的光检测器接收。当哑铃球周围存在氧气分子时，在磁场作用下氧气分子发生迁移，推动哑铃球体

10、发生偏转，氧浓度越高，偏转角度越大，这一偏转将带动反射镜，使射向光检测器的光路也发生偏转。光检测器将会测出这一偏转，并产生电信号，经由放大器放大后经回馈电路形成回路，在磁场作用下推动哑铃回复主平衡位置，此回路中电流值与氧含量成正比。通过测量该电流值即可得到样品中的氧含量。 1.3顺磁法(以磁力机械式为例)顺磁法测量氧含量的优点是测量基本不受气体样品中非待测组分的影响(除NO、Xe外)，可用于氧含量较高的气体样品的测量，且响应速度较快，稳定性好。但此方法也有其缺陷，包括对气体样品的预处理以及测量环境等要求较高，样品中的压力、粉尘、焦油、水汽等都会对测量结果产生

11、影响，甚至损坏传感器，此外还需保证仪器水平放置，避免