在线氧分析仪专题报告伍科2011.5.20北京北大先锋科技有限公司技术部1.2在线气体分析仪概念及发展近况在线分析仪器又称过程分析仪器，指直接安装在工业生产流程或者其他源流体现场的仪器，对被测物质的组成成分或者物性进行自动连续测量的一类仪器。近20年来，在线分析仪器两大突破性的进展是半导体激光分析仪和近红外光谱仪。前者最大的突破就是取消了采样系统，提高了分析速度；而后者实现了与化学计量软件和分析模型的一体化。2在线氧分析仪的种类氧化锆氧分析仪固体、液体电解质的燃料电池氧分析仪电解式氧分析器热磁对流式氧分析仪磁力机械式氧分析仪磁压力式氧分析仪(2)电化学式氧分析仪(4)顺磁式氧分析仪(1)半导体激光气体分析仪(3)过程气相色谱仪3测试原理半导体激光气体分析仪是一种光谱技术吸收技术，通过分析激光被气体选择性吸收来获得气体的浓度，分析仪的组成和工作原理，如图1所示。图1半导体激光分析仪组成和工作原理3.1半导体激光气体分析仪测试原理3.2电化学式氧分析仪测试原理3.2.1氧化锆氧分析仪测试原理纯氧化锆（ZrO2）是不导电的，掺杂一定比例的低价金属氧化物氧化钙(CaO)、氧化镁、氧化钇后就具有高温导电性，成为了氧化锆固体电解质。在一片高致密的氧化锆固体电解质的两侧，用烧结的方法制成几微米到几十微米厚的多孔铂层作为电极，再在电极上焊上铂丝作为引线，就构成氧浓差电池。设P0>P1，在高温下(650～850)℃，氧从分压高的一侧向分压低的一侧扩散，这种扩散不是氧分子透过氧化锆的扩散，是氧分子离解成氧离子后通过氧化锆的过程。正极：O2(p0)+4e2O2-负极：2O2-O2+4e(P1)在两个铂电极上，由于正负电荷的堆积而形成电势差，成为氧浓度差电池。图2氧化锆分析仪氧浓差电池原理图3氧化锆探头组成示意图3.2.2燃料电池氧分析仪燃料电池是原电池的一种，氧分器中的电化学反应可以自发地进行，不需要外部电源，其综合反应是气样中的氧和阳极发生氧化反应，阳极变成阳极材料的氧化物。阳极在反应中不段的消耗，因此需要定期的更换电极。燃料电池的电解质有固体电解质和液体电解质之分，其中液体电解质的液体燃料电池根据液体的酸碱性，又可以分为碱性液体氧分仪和酸性液体氧分仪。图4固体燃料电池氧传感器图5碱性液体燃料电池氧传感器的原理结构图6FEP氧扩散膜酸性燃料电池氧传感器原理结构1—FEP氧扩散膜；2—电解液；3—用于温度补偿的热敏电阻和负载电阻；4—外电路信号输出；5—石墨阳极；6—金阴极图7PTFE氧扩散膜酸性燃料电池氧传感器原理结构(a)结构组成(b)测量原理电解池式氧分析器中的电化学反应是不能自发进行，需外接电源供给电能，其阳极是非消耗型的，一般不需要更换。图8微量氧传感器结构3.2.3电解式氧分析器测试原理3.3过程色谱仪测试原理利用色谱柱对气体混合物先分离后检测，定性或者定量分析方法称为色谱分析。图9色谱分离检测原理示意图3.4顺磁式氧分析仪测试原理任何物质在外界磁场的作用下都会被磁化，呈现出一定的磁特性。研究表明，物质在外磁场中被磁化，其自身会产生一个外磁场，当附加磁场与外磁场方向相同时，物质被磁场吸引；当方向相反时，物质被磁场排斥。被外磁场吸引的物质称为顺磁性物质或者说该物质具有顺磁性，而被外磁场排斥的物质称为逆磁性物质或者说具有逆磁性。常见气体中，O2、NO、NO2等是顺磁性气体，H2，N2，CO2，CH4，等是逆磁性气体。3.4.1热磁对流式氧分析仪热磁对流式氧分析仪中，检测器内热磁对流的形式有内对流式和外对流式两种，检测器的结构不相同，内对流式检测器热磁对流在热敏元件内部进行，而外对流式检测器热磁对流在热敏元件外部进行。图8热磁对流式氧分析器原理示意图1—T型薄壁石英管；2—加热丝；3—磁极图9内热磁对流式氧分析仪工作原理图10外对流式检测器工作原理1—工作热敏元件；2—参比热敏元件；双臂单电桥测量原理3.4.2磁力机械式氧分析器图11磁力机械式氧分析器原理图1—密闭气室；2，3—磁极；4—空心球体；5—弹性金属带；6—反射镜3.4.3磁压力式氧分析器根据被测气体在磁场作用下压力的变化量来测量氧含量的仪器叫作磁压力式氧分析器。被测气体进入磁场后，在磁场作用下气体的压力...
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