Анализатор кислорода оксида циркония

Анализатор кислорода оксида циркония- Инструменты Golden Lake Tianxiang имеют качество компании - это жизнь предприятия, каждый продукт - изобретательность!

принцип кислородного зонда оксида циркония

Механизм электропроводности оксида циркония: электролитный раствор проходит через ион, твердое вещество с ионной проводимостью называется твердым электролитом. Твердый электролит представляет собой ионно - кристаллическую структуру, которая проводит ионное движение через отверстие, аналогичное механизму полупроводниковой дырочной проводимости P - типа.

Чистый оксид циркония (ZrO2) не проводит электричества, легированный определенным процентом недорогих металлов в качестве стабилизаторов, таких как оксид кальция (CaO2), оксид магния (MgO), оксид иттрия (Y2O3), имеет высокотемпературную проводимость, становится твердым электролитом оксида циркония.

Почему при добавлении стабилизатора оксид циркония обладает высокой ионной проводимостью?

Это связано с тем, что смесь ZrO2, смешанная с небольшим количеством CaO2, в процессе кристаллизации, ионы кальция попадают в кубический кристалл, заменяя ионы циркония. Поскольку ионы циркония имеют значение + 4, а ионы кальция - + 2, один ион кальция входит в кристалл и приносит только один ион кислорода, а замененный ион циркония выводит два иона кислорода, в результате чего в кристалле остается дырка ионов кислорода. Например, оксид циркония, такой как (ZrO2) 0.85 (CaO2) 0.15 (молекулярная доля оксида циркония составляет 85%, мольная доля оксида кальция - 15%), имеет 7. 5% молекулярной доли кислородной ионной дырки, которая становится хорошим твердым электролитом кислорода.

На обеих сторонах высокоплотного твердого электролита оксида циркония пористый платиновый слой толщиной от нескольких микрон до нескольких десятков микрон изготовлен методом спекания в качестве электрода, а платиновая проволока, сваренная на электроде в качестве провода, образует кислородную батарею с разностью концентрации кислорода, если левая сторона батареи входит в эталонный газ (воздух), его кислородное давление составляет p0; правая сторона батареи проходит в измеренный газ, а кислородное давление составляет p1 (неизвестно).

Установите p0 > p1, при высокой температуре (650 - 850°C) кислород будет распространяться со стороны p0 с большим разделением давления на сторону p1 с меньшим разделением давления, эта диффузия не молекулы кислорода со стороны P0 на сторону P1 через оксид циркония, а молекулы кислорода после диссоциации в ионы кислорода, через процесс окисления циркония.

При высокой температуре около 750 ° C, под каталитическим действием платинового электрода, реакция восстановления происходит на стороне P0 батареи, молекула кислорода получает четыре электрона от платинового электрода и превращается в два иона кислорода (O2 -) в электролит, а именно: O2 (P0) + 4e → 2O2 - P0 боковой платиновый электрод с положительным электричеством из - за большого количества подаваемых электронов, который становится положительным или анодом кислородной концентрированной батареи. После того, как эти ионы кислорода попадают в электролит, они достигают платинового электрода справа, двигаясь вперед через дырку в кристалле, где происходит окислительная реакция на стороне P1 батареи, где ионы кислорода выделяют электроны на платиновом электроде и выделяют их в сочетании с молекулами кислорода, а именно: 2O2 - 4e → O2 (P1).

Платиновый электрод на стороне P1 имеет отрицательное электричество из - за большого количества электронов и становится отрицательным или катодом для батареи с разной концентрацией кислорода.

Таким образом, на обоих электродах из - за накопления положительного и отрицательного зарядов образуется электрический потенциал, называемый электродвижущей силой с разной концентрацией кислорода. Когда два электрода соединяются проводом в цепь, электроны на отрицательном полюсе текут через внешнюю цепь к положительному полюсу, а молекулы кислорода образуют ионы, и ток проходит через цепь. Размер электрической силы с разностью концентрации кислорода зависит от концентрации кислорода в газах с обеих сторон твердого электролита оксида циркония.

Принцип работы датчика оксида циркония

На обеих сторонах электролита оксида циркония (трубка ZrO2) спекаются пористые платиновые (Pt) электроды, измерительный корпус батареи разделен на 3 слоя: платина (электрод) - оксид циркония (электролит) - платина (электрод). Платиновый электрод пористый. Газ дымохода попадает в измерительную батарею через фильтр или контрольный газ через трубопровод на одну сторону измеренного газа, а другая сторона - эталонный воздух (20,60% кислорода).

Два газа с различными концентрациями кислорода действуют на батарею, создавая логарифмический потенциал (чем больше разница в концентрации кислорода с обеих сторон, тем больше сигнал потенциала). Сигнал милливольт преобразуется анализатором кислорода в стандартный ток 0 - 10 мА или 4 - 20 мА. Этот ток выводится соединительным зажимом анализатора кислорода.

Для измерения рабочей температуры батареи устанавливается постоянная температура выше 650°C. Для поддержания постоянной рабочей температуры рабочая температура батареи измеряется с помощью K - образной термопары, а тепловое напряжение нагревателя регулируется регулятором температуры в анализаторе кислорода.

При измерении температуры дымового газа выше 700 °C состав датчика исключает нагреватель и термопару для измерения температуры.

В идеальном состоянии, когда измеренный дымовой газ имеет ту же концентрацию, что и эталонный газ, выходной потенциал E равен 0 мВ, но в практическом применении ни фактические условия, ни полевые условия циркониевых труб не являются идеальными. На самом деле циркониевая трубка отклоняется от этого значения. На самом деле, потенциал, выводимый циркониевой трубкой с определенным содержанием кислорода, является суммой теоретических значений и фонового потенциала. Потенциал, который мы называем выходом циркониевой трубки в условиях отсутствия разности концентрации, является фоновым потенциалом или нулевым потенциалом, размер которого варьируется при разных температурах и изменяется с увеличением срока службы циркониевой трубки. Поэтому, если эта ситуация не будет решена, это может серьезно повлиять на точность всего набора кислородных измерителей и срок службы зонда.

Структура и тип анализатора кислорода оксида циркония

Анализатор кислорода оксида циркония состоит из датчика кислорода (также известного как кислородный зонд, детектор кислорода), анализатора кислорода (также известного как преобразователь, преобразователь, анализатор) и пылезащитного устройства, термопары, нагревателя, стандартного газопровода, соединительной коробки и корпуса корпуса.

Пылесонепроницаемые устройства состоят из пылезащитных колпачков и фильтров, которые предотвращают попадание пыли из дымовых газов в трубу оксида циркония, защищают компоненты циркониевых труб от загрязнения и могут служить образцами буферного газа.

Компонент трубки оксида циркония является основным компонентом кислородного зонда, который генерирует сигналы разности концентрации кислорода. Цирконосные трубки представляют собой керамические оксиды металлов, которые должны использоваться таким образом, чтобы избежать резких вибраций, чтобы не повредить компоненты циркониевых труб.

Термопара используется для термостата встроенного подогревателя зонда, а также для измерения температуры измеренного газа в дымовом канале котла и печи, обеспечивая температурный сигнал для расчета кислорода.

Роль нагревателя заключается в том, чтобы обеспечить температуру, необходимую для нормальной работы твердого электролитного элемента оксида циркония, с тем чтобы он мог нормально работать и в среде измеренного дымового газа ниже 600°C.

Сигналы кислородного потенциала от кислородного зонда, сигналы температуры термопары подаются в преобразовательную схему A / D с усилением и обрабатываются данными с коэффициентом коррекции, чтобы получить процентное содержание кислорода. В то же время система может осуществлять отображение кислородного потенциала, температуры зонда, значения системы коррекции, а также термостатическое управление нагревательной электрической печью циркониевой трубки, дополненной разрывной парой, защитой от перегрева, защитой от обратного соединения термопары, чтобы обеспечить надежную работу системы.

В зависимости от метода обнаружения кислородный зонд оксида циркония делится на две основные категории: кислородный зонд для отбора проб и прямой кислородный зонд.

кислородный зонд

Отбор проб производится с помощью направляющей трубки, в которой измеренный газ вводится в камеру обнаружения оксида циркония, а оксид циркония нагревается нагревательными элементами до рабочей температуры (более 750°C). Оксид циркония обычно имеет трубчатую форму, электроды используют пористые платиновые электроды. Преимущество заключается в том, что он не подвержен влиянию температуры газа и может обнаруживать содержание кислорода в газах с различными температурами с использованием различных направляющих труб, которые используются во многих промышленных онлайн - тестах. Недостатком является медленное время реакции; Сложная структура, легко влияющая на точность обнаружения; Когда обнаруживается больше примесей газа, трубка отбора проб может быть легко заблокирована; пористые платиновые электроды подвержены коррозии серы, мышьяка и т.п. в газах, а также засорению мелкой пыли; Обогреватели, как правило, нагреваются проволокой печи и имеют небольшой срок службы.

При более низкой температуре обнаруженного газа (0°C - 650°C) или более чистом измеренном газе, подходящим является метод обнаружения стиля, такой как азотный аппарат для измерения кислорода, лабораторное измерение кислорода и так далее.

Анализатор кислорода оксида циркониякислородный зонд прямого действия

Прямое обнаружение состоит в том, чтобы вставить оксид циркония непосредственно в высокотемпературный измеренный газ и непосредственно определить содержание кислорода в газе. Этот метод обнаружения подходит для обнаружения температуры газа от 700 ° C до 1150 ° C (специальная конструкция также может использоваться при высокой температуре 1400 ° C). Он использует высокую температуру измеренного газа для достижения рабочей температуры оксида циркония без дополнительного нагревателя. Техническим ключом к прямому кислородному зонду является высокотемпературное уплотнение керамических материалов и проблемы электродов.

Поскольку оксид циркония должен быть непосредственно вставлен в детекторный газ, для длины кислородного зонда установлены более высокие требования, его эффективная длина составляет от 500 мм до 1000 мм, специальная длина окружающей среды может достигать 1500 мм. Кроме того, точность обнаружения, стабильность работы и срок службы имеют высокие требования, поэтому прямому кислородному зонду трудно использовать общую трубчатую структуру оксида циркония традиционного оксида циркония кислородного зонда, в то время как больше технических требований к соединению оксида циркония и оксида алюминия. Герметичность является одной из ключевых технологий этого оксидного циркониевого зонда. В настоящее время * способ соединения состоит в том, чтобы сварить оксид циркония с трубкой оксида алюминия, его герметичность хорошая, по сравнению с методом обнаружения стиля отбора, прямое обнаружение имеет очевидные преимущества: оксид циркония непосредственно контактирует с газом, высокая точность обнаружения, скорость реакции, меньшее обслуживание.