氧分析儀測量原理

萊恩儀表

氧分析儀的測量原理主要有以下幾種：
1.順磁式氧分析儀
-熱磁式：檢測器置于高于環境溫度的恒溫腔體內，有恒定磁場。樣品氣體流過時，高磁化率的氧氣被吸入檢測室，在鉑絲上加熱后磁化率變小被推出。不同氧含量導致進入/排出檢測室鉑絲處的氧氣量和帶走熱量不同，使鉑絲電阻值變化，通過檢測鉑絲電阻間接測量氧含量。該原理不受被測氣樣導熱性、密度變化等影響，靈敏度高、測量精度高、響應速度快，但易受背景氣組分熱導率、密度影響，不適用于含大量順磁性高的氣體場合。
-磁壓力式：根據被測氣體在磁場作用下壓力的變化量來測量氧含量。被測氣體進入磁場后產生壓力差，參比氣從兩個參比通道進入測量池，一路在磁場區域內與樣氣相遇，另一路不經過磁場區域直接與樣氣相遇，氧濃度不同的兩種氣體在交變磁場作用下產生與氧濃度差成正比的氣流，微流量傳感器測得該氣流并轉變為電信號。其背景氣對氧測量影響小、耗氣量少、微流量檢測器靈敏度高、穩定性和抗干擾能力強，可用于腐蝕性氣體的檢測，但對震動敏感，安裝位置需防振避震。
-磁機械式：在密閉氣室中有兩對不均勻磁場的磁極，充有氮氣的玻璃球安裝在磁極間，固定在可旋轉同軸支架上。啞鈴中軸有反射鏡將光源光束反射到光電傳感器。待測氣體中的氧氣被吸入磁場使啞鈴球旋轉，反射鏡角度變化使光電傳感器光強變化，控制系統驅動電磁線圈使啞鈴球復位，驅動電流與氧濃度成正比。該原理不受被測氣體導熱性、密度變化等影響，線性刻度、測量精度較高、靈敏度高、響應速度快，但對震動和電磁干擾敏感。
2.氧化鋯氧分析儀
-氧濃差法：在氧化鋯電解質兩側面燒結多孔鉑電極，當兩側氧濃度不同時，高濃度側氧分子吸附在鉑電極上形成氧離子，通過電解質遷移到低氧濃度側放出電子變成氧分子，產生電動勢。氧化鋯電解質、鉑電極及兩側不同氧濃度氣體組成氧探頭。該原理儀表工作穩定、維護量小，可測高溫、高粉塵環境下的氣體，但工藝樣氣溫度驟變或含水蒸氣時鋯管易炸裂，高溫下若被測氣體含還原性氣體會導致測量值偏低，不可測高濕、有害、可燃、還原氣體。
-界限電流法：在已穩定化的氧化鋯兩側覆鉑電極，陰極側用有氣體擴散孔的罩接合形成陰極空腔。一定溫度下加電壓，空腔內氧分子在陰極獲電子形成氧離子，通過氧化鋯氧空位遷移到陽極釋放電子變成氧分子，形成電流。電壓增加電流強度隨之增加，達到飽和時的極限電流與摩爾分數成線性關系，測得界限電流可得氧濃度。該方法結構簡單、反應迅速、維護工作量小，適用于高溫、高粉塵環境，多數用于惰性氣體中的氧氣和尾氣中的氧測量，但不可測高濕氣體和有毒有害氣體。
3.電化學式氧分析儀（燃料電池法）：傳感器由陰極、陽極和電解質組成，氧經過滲透膜進入燃料電池后，在陰極發生氧化反應生成陽極氧化物，反應中氧氣得到電子產生的電流強度與氧氣濃度成正比，通過檢測電流大小分析氧氣含量。一般陰極由貴金屬構成，陽極由鉛構成，電解質如KCl或醋酸鉛等。該方法可測量ppm級氧含量，電解池式可測量ppb級氧含量，價格較低，液體燃料電池式主要用于微量氧測量，堿性液體燃料電池可用于一般氣體，不受樣氣壓力和溫度影響，但燃料會影響儀器壽命，非特定型易受干擾，濕度對精度有影響。
4.激光式氧分析儀：采用光學原理，利用氧氣對特定波長激光的吸收特性來測量氧氣濃度。具有響應速度快、對預處理要求低、耐腐蝕、抗干擾性強等優點，但價格昂貴，對強粉塵環境敏感，在一些含塵量非常大的場合測量效果會變差。
5.電化學式氧分析儀（原電池型）：基于電化學原理工作，通常由一個傳感電極（工作電極）和一個對電極組成，兩電極間有一層薄薄的電解液。要檢測的氣體先通過疏水膜擴散進入傳感器到達電極表面，在感應電極發生氧化/還原反應，電極間連接電阻，陰極和陽極間會產生與氧濃度成正比的電流，通過檢測該電流得出氣體中的氧濃度。該方法相對來說通用性好、價格適中、測量精度和準確性都不錯，但傳感器壽命短，容易受其他氣體影響（如腐蝕性氣體）。
總的來說，不同類型的氧分析儀各有特點和適用場景，在選擇時需要根據具體的應用需求和工況條件來綜合考慮其性能、優缺點等因素。

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