Máy phân tích hàm lượng oxy Zirconia

Máy phân tích hàm lượng oxy ZirconiaChất lượng công ty là cuộc sống của doanh nghiệp, mỗi sản phẩm là một tác phẩm sáng tạo!

Nguyên tắc đo oxy Zirconia Oxygen Probe

Cơ chế dẫn điện của zirconia: dung dịch điện phân dẫn điện bằng ion, vật chất rắn có tính chất dẫn điện ion được gọi là chất điện phân rắn. Chất điện phân rắn là cấu trúc tinh thể ion, dựa vào lỗ để dẫn điện chuyển động ion, tương tự như cơ chế dẫn điện lỗ bán dẫn loại P.

Zirconia tinh khiết (ZrO2) không dẫn điện, pha tạp một tỷ lệ nhất định của vật liệu kim loại giá thấp làm chất ổn định, chẳng hạn như canxi oxit (CaO2), magiê oxit (MgO), yttria (Y2O3), có độ dẫn nhiệt độ cao, trở thành chất điện phân rắn zirconia.

Tại sao sau khi thêm chất ổn định, zirconia sẽ có tính dẫn điện ion rất cao?

Điều này là do, một hỗn hợp ZrO2 pha trộn với một lượng nhỏ CaO2, và trong quá trình kết tinh, các ion canxi đi vào một tinh thể lập phương, thay thế các ion zirconi. Vì ion zirconi có giá trị+4 và ion canxi có giá trị+2, một ion canxi đi vào tinh thể và chỉ mang theo một ion oxy, và ion zirconi được thay thế mang theo hai ion oxy, kết quả là, trong tinh thể để lại một lỗ hổng ion oxy. Ví dụ: (ZrO2) 0,85 (CaO2) 0,15 Một zirconia như vậy (phân số mol của zirconia là 85% và phân số mol của canxi là 15%) có 7. Khoảng 5% mol của các lỗ oxy là một chất điện phân rắn oxy tốt.

Ở hai bên của một chất điện phân rắn zirconia dày đặc cao, sử dụng phương pháp thiêu kết để tạo ra một lớp bạch kim xốp dày từ vài micron đến vài chục micron làm điện cực, và sau đó hàn dây bạch kim trên điện cực làm dây dẫn, tạo thành một pin khác biệt oxy, nếu bên trái của pin đi qua khí tham chiếu (không khí), áp suất riêng phần oxy của nó là p0; bên phải của pin đi qua khí được đo, áp suất riêng phần oxy của nó là p1 (không xác định).

Đặt p0>p1, ở nhiệt độ cao (650... 850 ℃), oxy sẽ khuếch tán từ phía p0 của áp suất riêng phần lớn sang phía p1 của áp suất riêng phần nhỏ, sự khuếch tán này không phải là phân tử oxy thông qua zirconia từ phía p0 đến phía p1, mà là phân tử oxy sau khi phân ly thành ion oxy, thông qua quá trình zirconia.

Ở nhiệt độ cao khoảng 750 ℃, dưới tác dụng xúc tác của điện cực bạch kim, phản ứng giảm xảy ra ở phía P0 của pin, một phân tử oxy thu được 4 electron từ điện cực bạch kim, trở thành hai ion oxy (O2-) vào chất điện phân, tức là: O2 (P0)+4e → 2O2-P0 điện cực bạch kim bên tích cực do số lượng lớn các electron được đưa ra, trở thành cực dương hoặc cực dương của pin tập trung oxy. Sau khi đi vào chất điện phân, các ion oxy này di chuyển về phía trước qua các lỗ trong tinh thể đến điện cực bạch kim ở bên phải, nơi phản ứng oxy hóa xảy ra ở phía P1 của pin, nơi các ion oxy giải phóng các electron và kết hợp với kết tủa phân tử tạo oxy, tức là: 2O2 - 4e → O2 (P1)

Điện cực bạch kim phía P1 mang điện âm do lượng điện tử thu được với số lượng lớn, trở thành điện cực âm hoặc cực âm của pin chênh lệch nồng độ oxy.

Bằng cách này trên cả hai điện cực, một tiềm năng được hình thành do sự tích tụ của điện tích dương và âm, được gọi là EMF tập trung oxy. Khi hai điện cực được nối với nhau thành một mạch điện bằng dây dẫn, các electron trên điện cực âm sẽ chảy qua mạch bên ngoài đến điện cực dương, sau đó cung cấp cho các phân tử oxy để tạo thành các ion và dòng điện đi qua mạch. Nồng độ oxy khác nhau về kích thước của EMF, liên quan đến nồng độ oxy trong khí ở cả hai bên của chất điện phân rắn zirconia.

Nguyên tắc làm việc của cảm biến oxy Zirconia

Điện cực bạch kim xốp (Pt) được thiêu kết ở hai bên của chất điện phân zirconia (ống ZrO2), thân pin đo được chia thành 3 lớp: bạch kim (điện cực) - zirconia (điện phân) - bạch kim (điện cực). Các điện cực bạch kim là xốp. Khí ống khói đi qua bộ lọc hoặc khí kiểm tra đi qua ống dẫn vào một bên của khí đo của pin, trong khi bên kia là không khí tham chiếu (chứa oxy 20,60%).

Hai loại khí có nồng độ oxy khác nhau hoạt động để đo pin, tạo ra một tiềm năng theo logarit (sự khác biệt về nồng độ oxy ở cả hai bên càng lớn, tín hiệu tiềm năng càng lớn). Tín hiệu milivolt được chuyển đổi thành dòng điện tiêu chuẩn 0-10mA hoặc 4-20mA bằng máy phân tích oxy. Dòng điện này được sản xuất bởi thiết bị đầu cuối kết nối của máy phân tích oxy.

Đo nhiệt độ hoạt động của pin được đặt ở nhiệt độ không đổi trên 650 ℃, để duy trì nhiệt độ hoạt động không đổi, nhiệt độ hoạt động của pin được đo bằng cặp nhiệt điện loại K, điện áp sưởi ấm của lò sưởi được điều chỉnh bằng bộ điều khiển nhiệt độ bên trong máy phân tích oxy.

Khi đo nhiệt độ khí thải trên 700 ℃, lò sưởi và cặp nhiệt điện đo nhiệt độ được loại bỏ trong thành phần cảm biến.

Trong điều kiện lý tưởng, khi khí thải được đo có cùng nồng độ với khí tham chiếu, điện thế đầu ra của nó là 0 mV, nhưng trong các ứng dụng thực tế, cả điều kiện thực tế của ống zirconium và điều kiện thực địa đều không lý tưởng. Trên thực tế, ống zirconium trong câu chuyện đã lệch khỏi giá trị này. Trên thực tế, tiềm năng đầu ra của một hàm lượng oxy nhất định của ống zirconium là tổng của giá trị lý thuyết và tiềm năng cơ bản, chúng tôi gọi là không có sự khác biệt tập trung của giá trị tiềm năng đầu ra của ống zirconium là tiềm năng cơ bản hoặc được gọi là tiềm năng không, kích thước của giá trị này lại có giá trị khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, và thay đổi với thời gian sử dụng ống zirconium kéo dài. Do đó, nếu không xử lý tình huống này, nó sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác và tuổi thọ thăm dò của toàn bộ máy đo oxy.

Cấu trúc và các loại máy phân tích oxy Zirconia

Thành phần của máy phân tích oxy zirconia bao gồm cảm biến oxy (còn được gọi là đầu dò oxy, máy dò oxy), máy phân tích oxy (còn được gọi là máy phát, đơn vị chuyển đổi, bộ chuyển đổi, máy phân tích) và thiết bị chống bụi, cặp nhiệt điện, lò sưởi, ống dẫn khí tiêu chuẩn, hộp nối và vỏ ngoài, v.v.

Thiết bị chống bụi bao gồm nắp đậy và bộ lọc bụi. Nó có thể ngăn bụi từ khí thải xâm nhập vào bên trong ống zirconia zirconia, làm cho phần tử ống zirconia không bị ô nhiễm và có thể hoạt động như một bộ đệm khí.

Yếu tố ống zirconia là thành phần cốt lõi của đầu dò oxy, từ đó tạo ra tín hiệu tiềm năng khác biệt nồng độ oxy. Ống zirconia là oxit kim loại gốm, và phải tránh rung lắc dữ dội khi sử dụng để tránh làm hỏng các thành phần ống zirconia.

Cặp nhiệt điện là đầu dò được tích hợp trong điều khiển nhiệt độ không đổi, cũng là yếu tố đo nhiệt độ của khí được đo trong lò hơi, ống khói lò nung, cung cấp tín hiệu nhiệt độ cho việc tính toán oxy.

Vai trò của lò sưởi là cung cấp nhiệt độ cần thiết cho các yếu tố điện phân rắn zirconia hoạt động bình thường, do đó cho phép chúng hoạt động tốt trong môi trường khí thải được đo dưới 600 ° C.

Tín hiệu tiềm năng oxy từ đầu dò oxy, tín hiệu nhiệt độ cặp nhiệt được khuếch đại bằng mạch chuyển đổi A/D, với hệ số điều chỉnh để xử lý dữ liệu, có thể đạt được hàm lượng oxy phần trăm. Trong khi đó, hệ thống có thể thực hiện hiển thị tiềm năng oxy, nhiệt độ đầu dò, giá trị hệ thống điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ không đổi của lò sưởi ống zirconium, và được bổ sung bằng cách phá vỡ cặp, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ ngược cặp nhiệt để đảm bảo hệ thống hoạt động đáng tin cậy.

Theo cách phát hiện khác nhau, đầu dò oxy zirconia được chia thành hai loại chính: đầu dò oxy phát hiện mẫu và đầu dò oxy cắm trực tiếp.

Lấy mẫu phát hiện oxy Probe

Phương pháp phát hiện mẫu là thông qua ống dẫn, khí được thử nghiệm sẽ được đưa vào buồng phát hiện zirconia, sau đó làm nóng zirconia đến nhiệt độ làm việc (trên 750 ℃) bằng phần tử làm nóng. Zirconia thường sử dụng hình ống và điện cực bạch kim xốp. Ưu điểm của nó là không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khí phát hiện và hàm lượng oxy trong các loại khí nhiệt độ khác nhau có thể được phát hiện bằng cách sử dụng các ống dẫn khác nhau, tính linh hoạt này được sử dụng trong nhiều thử nghiệm trực tuyến công nghiệp. Nhược điểm của nó là thời gian phản ứng chậm; Cấu trúc phức tạp, dễ ảnh hưởng đến độ chính xác phát hiện; Khi có nhiều tạp chất khí được phát hiện, ống lấy mẫu dễ bị tắc; Điện cực bạch kim xốp dễ bị hỏng bởi sự ăn mòn của lưu huỳnh, asen và các chất khác trong khí cũng như sự tắc nghẽn của bụi mịn; Máy sưởi thường được làm nóng bằng dây lò điện, tuổi thọ không dài.

Khi khí được phát hiện có nhiệt độ thấp hơn (0 ℃~650 ℃), hoặc khi khí được thử nghiệm sạch hơn, phương pháp phát hiện mẫu thích hợp, chẳng hạn như đo oxy bằng máy tạo nitơ, đo oxy trong phòng thí nghiệm, v.v.

Máy phân tích hàm lượng oxy ZirconiaĐầu dò oxy phát hiện trực tiếp

Kiểm tra chèn trực tiếp là chèn zirconia trực tiếp vào khí đo nhiệt độ cao, trực tiếp phát hiện hàm lượng oxy trong khí, phương pháp phát hiện này phù hợp để phát hiện nhiệt độ khí ở 700 ℃~1150 ℃ (cấu trúc đặc biệt cũng có thể được sử dụng cho nhiệt độ cao 1400 ℃), nó sử dụng nhiệt độ cao của khí được kiểm tra để làm cho zirconia oxide đạt đến nhiệt độ làm việc, không cần sử dụng lò sưởi khác. Chìa khóa kỹ thuật cho đầu dò oxy cắm trực tiếp là niêm phong nhiệt độ cao và các vấn đề điện cực của vật liệu gốm.

Do nhu cầu chèn zirconia trực tiếp vào khí phát hiện, có yêu cầu cao về chiều dài của đầu dò oxy, chiều dài hiệu quả của nó là khoảng 500mm~1000mm, chiều dài môi trường đặc biệt có thể đạt 1500mm. Và độ chính xác phát hiện, độ ổn định làm việc và tuổi thọ có yêu cầu cao, do đó, đầu dò oxy cắm trực tiếp rất khó áp dụng cấu trúc hình ống zirconia tổng thể của đầu dò oxy zirconia truyền thống, và nhiều cấu trúc kết nối ống zirconia và nhôm oxit có yêu cầu kỹ thuật cao hơn. Hiệu suất niêm phong là một trong những công nghệ chính cho đầu dò oxy zirconia này. Phương pháp kết nối hiện tại * là hàn zirconia với ống nhôm oxit với nhau, hiệu suất niêm phong của nó là tốt, so với phương pháp kiểm tra mẫu, phát hiện trực tiếp có những ưu điểm rõ ràng: Zirconia tiếp xúc trực tiếp với khí, độ chính xác phát hiện cao, tốc độ phản ứng nhanh, lượng bảo trì nhỏ.