微量氧分析儀的測定方法主要基于不同的物理或化學原理,常見的有以下 5 種核心方法,每種方法的技術特點和適用場景差異顯著。以下是詳細解析:
一、電化學法
原理:利用氧氣在電化學電池中的氧化還原反應產生電流,電流強度與氧濃度成正比。
典型技術:原電池法(伽伐尼電池)、燃料電池法。
測量范圍:通常為 0~1000ppm(低氧環境),部分型號可擴展至百分比級。
精度:±1~3% FS(滿量程),適合 ppm 級微量氧檢測。
特點:
成本低、便攜性好,適合現場快速檢測;
傳感器壽命有限(通常 1~3 年),需定期更換;
對氣體流速、溫度敏感,需恒溫處理。
應用場景:電力行業(如 SF?氣體中氧含量檢測)、食品包裝(惰性氣體中殘氧分析)、實驗室氣體純度驗證。
二、氧化鋯法
原理:基于氧化鋯固體電解質在高溫下的氧濃差電勢特性(能斯特方程),通過測量電勢差計算氧濃度。
典型技術:高溫氧化鋯法(工作溫度 600~850℃)。
測量范圍:0~100%(從微量到常量氧均可測)。
精度:±1~2% FS,適合中高濃度氧檢測。
特點:
無需耗材,壽命長(可達 5 年以上);
響應快(<10 秒),但需預熱至高溫(通常 30 分鐘);
對氣體中的粉塵、腐蝕性成分敏感,需預處理。
應用場景:冶金行業(高爐煤氣、熱處理爐氧含量監控)、陶瓷燒制(窯爐氣氛控制)、環保領域(燃燒效率優化)。
三、順磁法
原理:利用氧氣的順磁性(比 N?、CO?等氣體高數十倍),通過不均勻磁場中氧分子對敏感元件的推動作用檢測濃度。
典型技術:磁壓式、磁機械式(如啞鈴式傳感器)。
測量范圍:0~100%(主要用于常量氧或高濃度氧,如 21% 左右的空氣氧含量)。
精度:±0.5~1% FS,適合高精度常量檢測。
特點:
響應極快(<5 秒),可實時連續監測;
不受氣體化學性質干擾,但受壓力、流速波動影響大;
結構復雜,成本較高。
應用場景:空分設備(氧氣純度監測)、生物發酵(反應罐氧含量控制)、化工流程(氧化反應監控)。
四、激光光譜法(TDLAS)
原理:基于可調諧半導體激光吸收光譜技術,利用氧氣在特定波長(如 760nm)的光吸收特性,通過朗伯 - 比爾定律計算濃度。
典型技術:TDLAS(可調諧半導體激光吸收光譜)。
測量范圍:0~1000ppm(部分型號可至百分比級)。
精度:±0.5~1% FS,最高精度級別。
特點:
高選擇性(僅對氧氣響應,不受 CO、H?等背景氣體干擾);
免維護、耐惡劣環境(高溫、高壓、高粉塵);
成本高,需專業調試。
應用場景:半導體制造(高純氣體中微量氧檢測)、航空航天(燃料系統氧含量監控)、深冷行業(液氧純度分析)。
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