氧氣分析儀的工作原理與應用

在現在的工業環境中，氧氣的含量對工業生產有著重要的作用，因此經常對其測量。儀器市場上的產品多種多樣，但是就測量原理來分，氧氣分析儀主要有四種測量原理：

氧氣分析儀的工作原理

(1)熱磁式氧分析儀

其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體)，在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成“熱磁對流”或“磁風”現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。

由于熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現溫度梯度，即進氣側橋臂的溫度低于出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。

(2)氧化鋯傳感器式氧分析儀

氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷，一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜晶體，當溫度升高到1150℃時，晶型轉變為立方晶體，同時約有7%的體積收縮;當溫度降低時，又變為單斜晶體。若反復加熱與冷卻，ZrO2就會破裂。因此，純凈的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩定劑，再經過高溫焙燒，則變為穩定的氧化鋯材料，這時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產生氧離子空穴，所以ZrO2屬于陰離子固體電解質。ZrO2主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到600℃以上時，ZrO2就變為良好的氧離子導體。

在氧化鋯電解質的兩面各燒結一個鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時，氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關。若一側氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數)，則另一側氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。

(3)燃料電池法氧分析儀

燃料電池法氧分析儀采用完全密封的燃料池氧傳感器是當前國際上Z先進的測氧方法之一。燃料池氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構成，浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。

KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進入傳感器，因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴散到氧電極中進行電化學反應，電化學反應中產生的電流決定于擴散到氧電極的氧分子數，而氧的擴散速率又正比于樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號大小只與樣氣中的氧含量相關，而與通過傳感器的氣體總量無關。通過外部電路的連接，反應中的電荷轉移即電流的大小與參加反應的氧成正比例關系。

采用此方法進行測氧，可以不受被測氣體中還原性氣體的影響，免去了許多的樣氣處理系統。它比老式“金網-鉛”原電池測氧更快速，不需要漫長的開機吹除過程，“金網-鉛”原電池樣氣直接進入溶液中，導致儀器的維護量很大，而燃料電池法樣氣不直接進入溶液中，傳感器可以非常穩定可靠的工作很長時間。事實上，燃料電池氧傳感器是完全免維護的。

(4)電化學式氧氣分析儀

一種化學類的氣體分析儀表。它根據化學反應所引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。為了提高選擇性，防止測量電極表面玷污和保持電解液性能，一般采用隔膜結構。

常用的電化學式分析儀有定電位電解式和伽伐尼電池式兩種。定電位電解式分析儀的工作原理是在電極上施加特定電位，被測氣體在電極表面就產生電解作用，只要測量加在電極上的電位，即可確定被測氣體特有的電解電位，從而使儀表具有選擇識別被測氣體的能力。

伽伐尼電池式分析儀是將透過隔膜而擴散到電解液中的被測氣體電解，測量所形成的電解電流，就能確定被測氣體的濃度。通過選擇不同的電極材料和電解液來改變電極表面的內部電壓從而實現對具有不同電解電位的氣體的選擇性。

氧氣分析儀的應用：

1.制藥和食品包裝以及存放、吹掃氣監測。

2.空分廠、氮氣吹掃焊接系統、鋼瓶氣質量。

3.手套箱、工場空氣監測、醫學監測。

氧氣分析儀是以氧化鋯固體電解質組成的氧傳感器，信號變化是以新型微處理器為核心組成的智能化在線分析儀器。主要用于空氣分離，化工流程氧含量自動分析;半導體，磁性材料生產;浮法玻璃、水泥建材工業;各種工業窯爐，熱處理工藝中氧含量自動分析以及電子元件，生物制藥等科學研究。