氧气分析仪的工作原理与应用

在现在的工业环境中，氧气的含量对工业生产有着重要的作用，因此经常对其测量。仪器市场上的产品多种多样，但是就测量原理来分，氧气分析仪主要有四种测量原理：

氧气分析仪的工作原理

(1)热磁式氧分析仪

其原理是利用烟气组分中氧气的磁化率特别高这一物理特性来测定烟气中含氧量。氧气为顺磁性气体(气体能被磁场所吸引的称为顺磁性气体)，在不均匀磁场中受到吸引而流向磁场较强处。在该处设有加热丝，使此处氧的温度升高而磁化率下降，因而磁场吸引力减小，受后面磁化率较高的未被加热的氧气分子推挤而排出磁场，由此造成“热磁对流”或“磁风”现象。在一定的气样压力、温度和流量下，通过测量磁风大小就可测得气样中氧气含量。

由于热敏元件(铂丝)既作为不平衡电桥的两个桥臂电阻，又作为加热电阻丝，在磁风的作用下出现温度梯度，即进气侧桥臂的温度低于出气侧桥臂的温度。不平衡电桥将随着气样中氧气含量的不同，输出相应的电压值。

(2)氧化锆传感器式氧分析仪

氧化锆(ZrO2)是一种陶瓷，一种具有离子导电性质的固体。在常温下为单斜晶体，当温度升高到1150℃时，晶型转变为立方晶体，同时约有7%的体积收缩;当温度降低时，又变为单斜晶体。若反复加热与冷却，ZrO2就会破裂。因此，纯净的ZrO2不能用作测量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化钙(CaO)或氧化钇(Y2O3)作稳定剂，再经过高温焙烧，则变为稳定的氧化锆材料，这时，四价的锆被二价的钙或三价的钇置换，同时产生氧离子空穴，所以ZrO2属于阴离子固体电解质。ZrO2主要通过空穴的运动而导电，当温度达到600℃以上时，ZrO2就变为良好的氧离子导体。

在氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极，当氧化锆两侧的氧分压不同时，氧分压高的一侧的氧以离子形式向氧分压低的一侧迁移，结果使氧分压高的一侧铂电极失去电子显正电，而氧分压低的一侧铂电极得到电子显负电，因而在两铂电极之间产生氧浓差电势。此电势在温度一定时只与两侧气体中氧气含量的差(氧浓差)有关。若一侧氧气含量已知(如空气中氧气含量为常数)，则另一侧氧气含量(如烟气中氧气含量)就可用氧浓差电势表示，测出氧浓差电势，便可知道烟气中氧气含量。

(3)燃料电池法氧分析仪

燃料电池法氧分析仪采用完全密封的燃料池氧传感器是当前国际上Z先进的测氧方法之一。燃料池氧传感器是由高活性的氧电极和铅电极构成，浸没在KOH的溶液中。在阴极氧被还原成氢氧根离子，而在阳极铅被氧化。

KOH溶液与外界有一层高分子薄膜隔开，样气不直接进入传感器，因而溶液与铅电极不需定期清洗或更换。样气中的氧分子通过高分子薄膜扩散到氧电极中进行电化学反应，电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子数，而氧的扩散速率又正比于样气中的氧含量，这样，该传感器输出信号大小只与样气中的氧含量相关，而与通过传感器的气体总量无关。通过外部电路的连接，反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧成正比例关系。

采用此方法进行测氧，可以不受被测气体中还原性气体的影响，免去了许多的样气处理系统。它比老式“金网-铅”原电池测氧更快速，不需要漫长的开机吹除过程，“金网-铅”原电池样气直接进入溶液中，导致仪器的维护量很大，而燃料电池法样气不直接进入溶液中，传感器可以非常稳定可靠的工作很长时间。事实上，燃料电池氧传感器是完全免维护的。

(4)电化学式氧气分析仪

一种化学类的气体分析仪表。它根据化学反应所引起的离子量的变化或电流变化来测量气体成分。为了提高选择性，防止测量电极表面玷污和保持电解液性能，一般采用隔膜结构。

常用的电化学式分析仪有定电位电解式和伽伐尼电池式两种。定电位电解式分析仪的工作原理是在电极上施加特定电位，被测气体在电极表面就产生电解作用，只要测量加在电极上的电位，即可确定被测气体特有的电解电位，从而使仪表具有选择识别被测气体的能力。

伽伐尼电池式分析仪是将透过隔膜而扩散到电解液中的被测气体电解，测量所形成的电解电流，就能确定被测气体的浓度。通过选择不同的电极材料和电解液来改变电极表面的内部电压从而实现对具有不同电解电位的气体的选择性。

氧气分析仪的应用：

1.制药和食品包装以及存放、吹扫气监测。

2.空分厂、氮气吹扫焊接系统、钢瓶气质量。

3.手套箱、工场空气监测、医学监测。

氧气分析仪是以氧化锆固体电解质组成的氧传感器，信号变化是以新型微处理器为核心组成的智能化在线分析仪器。主要用于空气分离，化工流程氧含量自动分析;半导体，磁性材料生产;浮法玻璃、水泥建材工业;各种工业窑炉，热处理工艺中氧含量自动分析以及电子元件，生物制药等科学研究。