目前市場上在售的幾種氧氣分析儀原理及其應用

1、氧化鋯原理氧氣分析儀

  氧化鋯氧量分析儀，又被稱為氧化鋯氧氣分析儀，氧化鋯分析儀/氧化鋯氧量計/氧化鋯氧量表戹氧傳感器等。較多用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測量。

其原理是在傳感器內溫度恒定的電化學電池(氧濃差電池，也簡稱鋯頭)產生一個毫伏電勢，這個電勢直接反應出煙氣中含氧濃度值。

  氧傳感器的關鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內外兩側涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設置了加熱器。用氧分析儀內的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。

  氧化鋯氧量分析儀的構成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀（又稱變送 器、變送單元、轉換器、分析儀）以及它們之間的連接電纜等組成。

  氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來測定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一 微型電爐內，位于整個探頭的頂端。氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣 經高溫燒結后形成的穩定的氧化鋯陶瓷燒結體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導體。因其這一特性，在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便是一個典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經外電極，煙氣流經內電極，當煙氣氧含量 P 小于空氣氧含 量 P0（20.6%O2）時，空氣中的氧分子從外電極上奪取 4 個電子形成 2 個氧離子，發生如下 電極反應： O（P0）+4e-→2O-2 氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內電極上 發生相反的電極反應： 2O-2 →O（P0）+4e- 由于氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產生的電勢又導致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡后，便在兩電極間產生一個與氧濃差有關的電勢信號 E,該電勢信號符合"能斯特"方程： E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1) 式中 R、F 分別是氣體常數和法拉第常數，T 是鋯管絕對溫度（K）, P0 是空氣氧含量（20.6%O2）, P 是煙氣含量。由（1） 式可見，在一定的高溫條件下（一般） 600℃），一定的煙氣氧含量便會有一對應的電勢輸出，在理想狀態下，其電勢值在高溫區域 內對應氧含量。

  在理想狀態下，當被測煙氣與參比氣濃度一樣時， 其輸出電勢 E 值為 0 mV, 但在實際應用中，鋯管實際條件和現場情況均不是理想狀態。 故事實上的鋯管是偏離此值的。實際上，一定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電勢， 此值的大小又在不同溫度下呈不同的值， 并且隨鋯管使用期延長而變化。

2、電化學氧分析儀：

   相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體傳感器分很多子類： （1）原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感 器，也有稱自發電池型氣體傳感器），他們的原理行同我們用的干電池，只是電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極， 在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、 二氧化硫、氯氣等。 （2）恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。 （3）濃差電池型氣體傳感器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質型二氧化碳傳感器。 （4）極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載 流子濃度相關的原理制備氧（氣）濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。

3、順磁式氧分析儀：

  順磁式氧分析儀：根據氧氣的體積磁化率比一般氣體高得多，在磁場中具有極高的順磁特性的原理制成的一種測量氣體中含氧量的分析儀器。 順磁式氧分析儀，也可叫做磁效應式氧分析儀、或磁式氧分析儀，我們通常通稱為磁氧分析儀。它一般分為熱磁對流式、 壓力機械式和磁壓力式氧分析儀三種。物質的磁特性：任何物質在外界磁場的作用下都會被磁化，呈現出一定的磁特性。物質 在外加磁場中被磁化，其本身就會產生一個附加磁場，附加磁場與外磁場方向相同時，該物 質就被外磁場吸引；附加磁場與外磁場方向相反時，則被外磁場排斥。因此，我們通常會將 被外磁場吸引的物質稱為順磁性物質，或者說該物質具有順磁性；而把被磁場排斥的物質稱 為逆磁性物質，或者說該物質具有逆磁性。 氣體介質處于磁場中也會被磁化，我們根據氣體組分對磁場的吸引和排斥的不同，也將氣體分為順磁性和逆磁性。順磁性氣體有： O2、NO、NO2 等；逆磁性氣體有：H2、N2、CO2、CH4 等。

  磁性氧氣傳感器是磁性氧氣分析儀的核心，但是目前也已經實現了“傳感器化”進程。 這種傳感器只能用于氧氣的檢測，選擇性極好。大氣環境中只有氮氧化物能夠產生微小的影響，但是由于這些干擾氣體的含量往往很少，所以，磁氧分析技術的選擇性幾乎是唯一的！

當然磁氧根據傳感器類型，又分為磁力機械式，熱磁式氧分析儀，熱磁式市場售價略低，客戶可根據需求應用選型。與熱磁式分析儀相比，磁力機械式氧分析儀有如下特點： 1.它是對氧的順磁性直接測量的分析儀，在測量中，不受被測氣體導熱性變化、密度變化等影響。 2.在 0-100% O2 范圍內線性刻度、測量精度較高，測量誤差可低至±0.1%O2。 3.靈敏度高，除了用于常量的測量以外，還可用于微量氧（O2‰）的測量。

  注意事項： 1.磁力機械式氧分析儀基于對磁化率的直接測量，像氧氮等一些強磁性氣體會對測量帶來嚴重干擾，所以應將這些干擾組分除掉。此外，一些較強逆磁性氣體也會引起較大的測量 誤差。如氙氣，若樣品中含有較多的這類氣體，也應予以清除或對測量結果采取修正措施。

2.氧氣的體積磁化率是壓力、溫度的函數，樣氣壓力、溫度的變化以及環境溫度的變化， 都會對測量結果帶來影響。因此必須穩定樣氣的壓力，使其符合調校儀器時的壓力值。環 境溫度和整個檢修部件，均應工作在設計的溫度范圍內，一般來說，各種型號的磁力機械式 氧分析儀均帶有溫度控制系統，以維持檢測部件在恒溫條件下工作。

3.無論是短時間的劇烈振動，輕微的持續振動，都會削弱磁性材料的磁場強度，因此，該類儀器多將檢測器等敏感部件安裝在防振裝置中。當然，儀器安裝位置也應避開振源并采 取適當的防振措施。另外，任何電氣線路不允許穿過這些敏感部分，以防電磁干擾和振動干擾。

4、激光氧分析儀

  激光氣體分析儀采用的是 TDLAS 光譜吸收技術，通過分析激光被氣體的選擇性吸收來 獲得氣體的濃度。它與傳統紅外光譜吸收技術的不同之處在于，半導體激光光譜寬度遠小于 氣體吸收譜線的展寬（測量范圍更窄，更有針對性，自然抗干擾能力強）。因此，TDLAS 技 術是一種高分辨率的光譜吸收技術。相對于紅外的氣體分析儀，激光抗干擾性強很多，不受 H2O 和 CO2 的影響，測量更準確。激光分析儀比起傳統的抽取式的分析儀有他本身自有的優勢。首先，激光分析儀采用原 位式安裝，直接安裝于工藝管道上，省去了采樣探頭、采樣管線和預處理系統。其次，激光 分析儀維護起來非常簡便，降低了維護費用。最后，激光分析儀的響應時間最低可達 1 秒， 為安全保護系統及時提供數據，可以勝任關鍵點的測量。值得一提的是，雖然激光分析儀有 諸多優勢，但其不能完全代替傳統的分析儀表。在一些測量點上，比如磨煤機出口，煤粉倉 等，由于含塵量非常大，激光的透光率會受到很大的影響，從而使得測量效果變差。這個時 候只能采用傳統抽取式分析儀來測量。

現在我們簡單歸納幾種氧氣分析儀應用及優劣 ：

1.電化學氧分析儀：成本最低，傳感器可測量范圍從 PPM 延展到百分比級別，適用范圍廣， 價格便宜，適用于絕大多數應用場合。傳感器一般 1-2 年使用壽命，定期更換即可。

2.氧化鋯氧分析儀：價格略高于電化學類氧分析儀，適用于煙氣，煙道氧的測量，也可用于其他場合，一臺儀表可完成等 ppm 級到百分比級別的測量，精度不缺失，測量速度很快， 缺點是需要預熱 700 度左右，同時被測氣體中不能含有大濃度可燃氣如氫氣等，否則會損壞 傳感器。更適合在線測量，比電化學氧分析儀重量大。

3.磁氧分析儀：不同于前兩種氧分析儀，傳感器無壽命限制，沒有認為損壞的前提下，可長期使用，對流量稍微敏感，需保證進氣壓力穩定。典型應用是高純氧分析，可完成 99.99% 的氧含量分析。根據傳感器，可細分為熱磁和磁力機械式氧分析儀，熱磁氧需要預熱一定時間，價格比磁力機械式便宜。百分比級別氧含量應用較多。

4.激光氧分析儀：分析儀速度快，土豪用戶的選擇，原位式選擇，省去各種采樣過濾。需注意如管道煙塵較多，需配備制氮機吹掃。儀表價格很貴。維護的不錯的話，相當好用，1 秒內出數據，國內聚光還有北京都有廠家生產，性能一般，此價格檔位，建議客戶直接選用進口儀表。

  安徽天分儀表有限公司專業研發生產氣體分析儀,氧氣分析儀,氧化鋯氧量分析儀，氧含量分析儀，氧氣含量分析儀傳感器、氧含量分析儀變送器及定制化煙氣分析儀。

 我公司氧化鋯氧量分析儀產品可為客戶提供個性化定制服務。可為各個儀表成套商提供OEM代工服務，提供定制開機歡迎界面，開機logo顯示。我們的氧化鋯氧量分析儀功能全面，除標配4-20mA輸出外，氧化鋯氧量分析儀還可選配 RS485通訊  HART協議通訊 手機藍牙連接  自動標定，自動吹掃等功能。可以說我們的氧化鋯氧量分析儀是全功能型。只要你提出要求，我們將會滿足你的需求。

  我們的氧化鋯氧量分析儀，精度高，穩定性高，可靠性高，長期不漂移，同時性價比高。歡迎有需要的客戶和儀表成套商聯系洽談合作事宜。

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