微量氧(氧化锆)分析原理

微量氧分析仪微量氧分析仪主要用于工业在线、实验室以及瓶装高纯N₂（氮气）、Ar（氩）、He（氦）、Ne（氖）和混合气体中的微量氧、痕量氧的快速检测，尤其适用于空分装置和各气体分装厂高纯气体中微量、痕量氧的检测;同时也适用于石油化工、冶金等行业的高纯工艺性气体、保护性气体中微量氧的快速检测。

特别是对于含氧量< 1 PPMv的钢瓶气样，检测准确、快速、简便，具有最大优势。

微量氧分析仪分为两种分析原理：分别为燃料电池法微量氧分析仪和氧化锆微量氧分析仪。

RL-100L系列氧气分析仪采用电化学或者氧化锆对生产过程中氧气进行精度的测量分析。

微处理器对传感器的信号进行放大处理并清晰显示以及进行 4-20mA或其他方式传送到其他控制系统中。

保证了生产过程对氧气的控制。

对于特殊应用环境，我们用户可以根据需要定制合适的方案。

微量氧分析仪校准：使用氮气进行校零，用标准气体进行量程校准。

RL-S100L型微量氧分析仪技术参数：测量原理：进口电化学燃料电池式；测量范围：0.00～10/100/1000PPm；精度：≤±3％FS（0.00～10PPm）;≤±2％FS (10～100PPm) ；≤±1％FS (100PPm～1000PPm) ；重复性：≤±1％稳定性：零点漂移≤±1％FS/7d量程漂移：≤±1％FS/7d样气流量：400±50ml/ min；响应时间：T90≤15秒；模拟输出：4～20mA标准信号输出，负载电阻小于500欧（0～10V 可选）数字输出：标准的RS485/RS232通讯口，可与计算机实现双向通讯;触点输出：双继电器输出220VAC，10A或24VDC，2A；样气压力：0.05 MPa≤入口压力≤0.20MPa；工作环境：温度：－15℃～＋45℃；湿度：≤90%RH；工作电源：220V～240VAC，50/60Hz；外形尺寸：145mm（宽）× 145mm（高）× 265mm（深）；安装尺寸：135mm（宽）×135mm（高）；重复性：≤±1％；稳定性：零点漂移≤±1％FS/7d；量程漂移≤±1％FS/7d；样气流量：400±50ml/ min；响应时间：T90≤15秒；样气压力：0.05 MPa≤入口压力≤0.25MPa；工作环境：温度：－15℃～＋45℃；湿度：≤90%RH；工作电源：12VDC；外形尺寸：300mm（宽）× 120mm（高）× 270mm（深）；充电电源：(220±22)VAC，(50±5)Hz，充电器自带充电保护功能；使用寿命:>6年（规范操作正常使用条件下）；气路接口：Φ6软管（可根据客户订制）；仪器特点：点阵式320*240彩色LCD屏，显示直观，操作简单方便；选用进口燃料电池式电化学传感器，具有寿命长、精度高、响应快等特点，可根据现场所测背景气选择不同的传感器；定时自动存储功能，可随时查看存储数据；配有大功率电池，一次充电保证仪器连续工作30小时以上；应用领域：空分制氮、化工流程、磁性材料等高温烧结炉保护气体、电子行业保护性气体以及玻璃、槽车、充氮食品包装袋或气罐，建材行业及各种混合气体中微量氧的便携快速检测分析。

微量氧分析仪使用过程中的注意事项分析仪常见问题解决方法微量氧分析仪是一种常用的分析仪器，接受完全密封的燃料池氧传感器是当前国际上先进的测氧方法之一，由高活性的氧电极和铅电极构成，浸没在KOH溶液中。

微量氧的微量氧分析仪是一种常用的分析仪器，接受完全密封的燃料池氧传感器是当前国际上先进的测氧方法之一，由高活性的氧电极和铅电极构成，浸没在KOH溶液中。

微量氧的分析方法紧要有比色法、化学电池法、黄磷发光法、浓差电池法和气相色谱法。

微量氧分析仪使用过程中的注意事项：1、分析仪取样管路的密闭性微量氧分析仪的配套管线必需确保密封，很微小的泄漏都会使环境空气中的氧扩散进来，造成测量数值偏高。

虽然在测量中，样气压力大于环境压力，但样气中的氧是微量级的，依据法拉利定律，氧的分压与其体积含量成正比，大气中含有约为21%的氧，与以PPM计算浓度的样气的氧分压相差一万倍左右，因而气样中微量氧的分压远低于大气中的氧分压，当显现泄漏时，大气中的氧便会从泄漏部位快速扩散进来。

其次，取样管线应尽可能短些，接头尽可能少，要保证接头及阀门密封良好，管线连接完毕后，应做气密性检查。

2、取样管材质的选择管线材质基本上以铜质或不锈钢管线为好，次选聚四氟乙烯管。

禁选乳胶管、白胶管之类管材，其气密性和材质抗渗透性太差，测量微量氧在标准测量压力下误差太大。

管线外径通常我们选择6毫米或1/4IN，也有选择3毫米或1/8IN，总之，不锈钢管，清洗、脱脂，保持管内壁光滑干净，对于痕量级（〈1PPMV）氧的分析，应选择内壁抛光的不锈钢管。

所选择的阀门、接头，死体积应尽可能小。

3、取样分析的时候考虑温度的因素为防止样品中的水分在管壁上冷凝凝结，造成对微量氧的溶解吸取，应依据情况对取样管线实行绝热保温或伴热保温措施。

检测液氮中的微量氧时，尤其要注意加温措施，不然，由于氧沸点低于氮沸点13度，样品气不均匀气化，会使测量值严重偏低。

4、取样点离分析仪的距离越近越好微量氧分析仪的测量位应尽可能与测量点接近，以避开过长的管线和过多的不确定因素，影响测量数据的牢靠性。

浅谈几种氧分析仪的检测原理1、磁式氧分析仪与磁力机械式氧分析仪(1)热磁式氧分析仪检测原理。

检测器置于高于环境温度的恒温腔体内,检测器处设有一恒定磁场,当要检测的样品气体从检测器的检测室外流过时,磁场将高磁化率的氧气吸入检测室内,进行检测。

检测室内的检测元件一般为铂丝,铂丝上通有一恒定的加热电流,氧气进入检测室到铂丝上被加热,磁化率迅速变小,之后被新进入的氧气推出检测室。

样品气体中氧含量不同,进入/排出检测室铂丝处的氧气量不同,从铂丝上带走的热量也不同,*终导致铂丝上的电阻值变化,检测铂丝电阻体的阻值即可间接测量气体中的氧含量。

(2)磁力机械式氧分析仪检测原理。

检测器/磁铁组件置高于环境温度的仪表恒温腔体内,检测器中有一对充满氮气的空心玻璃测试体,悬挂在不均匀磁场中的一根铂镍合金丝带上,由于磁悬浮效应,测试体的两个球受到偏转力,产生偏转力矩,这个偏心力矩和包围测试体的气体的体积磁化率成正比。

即和被测气体中氧气的含量成正比。

这两种类型的氧分析仪仪表基础原理都是利用氧气的顺磁性,它们不适用于测量背景气体中含有高磁化率气体(如NO、NO2)的场合。

但这类氧分析仪反应速度快,稳定性好,不消耗被测气体。

2、电化学式氧分析仪电化学式氧分析仪是基于氧气和传感器阴极之间的电化学反应来进行测量的。

它的传感器是一个电解池,外加的直流电加在电解池的阴、阳极之间,电解池内充以电解液,样品气通过扩散板或半透膜到达阴极,并在阴极产生电解反应而被还原,产生相应的电流,电流的大小与样品气体中氧气的浓度成正比关系。

这类仪表的应用范围比较宽,根据结构不同,即可测量气体中的氧含量,也可以测量溶液中溶解氧的氧含量。

缺点是:氧分析仪传感器工作场所温度范围窄、压力不能高,传感器寿命短等。

另外由于电解液一直在消耗,仪表稳定性较差,漂移偏大。

3、氧化锆式氧分析仪氧化锆分析仪的检测原理是氧浓差电池。

在氧化锆材料中添加一定的添加剂后通过高温烧结,在一定的温度下成为氧离子的固体电解质,在元件的内外侧焙烧铂电极就成了氧化锆氧传感器。

GPR-1200便携式微量氧分析仪订货号：VIG-1200产品简介应用领域：钢铁、石化、电力、电子及科研机构等。

技术参数原理：超级Galvanic 电化学传感器量程：0~10/100/1000ppm O2，自动/手动量程分辨率：最小量程的0.1% 准确度：量程的1%（在常温，常压下）线性度：R 平方值>0.995 恢复时间：60 分钟从空气（60 秒）到10ppm响应时间：10 秒达到90% 传感器寿命：>24 个月（在1000ppm 下）认证：ISO9001，CE 质量认证显示：大屏幕LCD 显示，实时显示样气压力和温度输出：0 ~ 1V 模拟输出电源：充电电池，一次充电使用60 天报警：低电池报警，超量程报警，充电指示控制键：带有五个防水按键，可方便地选择开关机、量程、校准、报警和系统设置功能防爆：本安防爆设计，防爆等级：Class 1, Division 1, Groups A, B, C, D。

测量介质：H2、He、碳氢化合物、惰性气体、混合气体、CO2气体（订购时需说明）流量：0.5 ~ 5 SCFH，推荐：2 SCFH(约1 升/分钟)。

校准：建议采用80%FS 标准气压力： 5 ~ 30Psig（负压时需选加抽气泵）温度： 5 ~ +45℃，自带温度补偿体积：9.6" x 9" x 3" 重量：12 磅（约5 公斤）封装：氧化铝材料，NEMA 4X 封装，赠送仪表箱取样系统：带快速吹扫系统，包括保护性四通阀、流量控制阀和流量计，1/8”不锈钢卡套接头选件：可选内置抽气泵、过滤单元可选酸性传感器，用于测量含CO2 气体中含氧量GPR-1300便携式通用型微量氧分析仪订货号：VIG-1300产品简介技术参数原理：超级Galvanic 电化学传感器量程：0~10/100/1000ppm，1% O2，自动/手动量程分辨率：量程的0.1% 准确度：量程的1%（在常温，常压下）线性度：R 平方值>0.995 恢复时间：30 分钟从空气（60 秒）到10ppm响应时间：10 秒达到90% 传感器寿命>24 个月（在1000ppm 下）认证：ISO9001，CE 质量认证显示：大屏幕LCD 显示，实时显示样气压力和温度报警：1．双报警功能：可自由控制的高低线报警同时有报警提示2．低电池报警3．超量程报警4．充电指示电源：充电电池，一次充电使用30 天防爆：本安防爆设计，防爆等级：Class 1, Division 1, Groups A, B, C, D控制键：带有五个防水按键，可方便地选择开关机、量程、校准、报警和系统设置功能测量介质：H2、He、碳氢化合物、惰性气体、混合气体、酸性气体（订购时需说明）流量：0.2 ~ 5升，推荐：1升/分钟校准：建议采用80%FS 标准气压力： 5 ~ 100Psig 温度：-5 ~ +45℃，自带温度补偿。

1、电化学氧分析仪：相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。

利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。

电化学气体传感器分很多子类：（1）原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。

以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。

电流的大小与氧气的浓度直接相关。

这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

（2）恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。

这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。

（3）浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

（4）极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

目前这种传感器的主要供应商遍布全世界，主要在德国、日本、美国，最近新加入几个欧洲供应商：英国、瑞士等。

2、顺磁式氧分析仪：顺磁式氧分析仪：根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。

顺磁式氧分析仪，也可叫做磁效应式氧分析仪、或磁式氧分析仪，我们通常通称为磁氧分析仪。

它一般分为热磁对流式、压力机械式和磁压力式氧分析仪三种。

物质的磁特性：任何物质在外界磁场的作用下都会被磁化，呈现出一定的磁特性。

物质在外加磁场中被磁化，其本身就会产生一个附加磁场，附加磁场与外磁场方向相同时，该物质就被外磁场吸引；附加磁场与外磁场方向相反时，则被外磁场排斥。

氧势法控制碳势原理氧势法是利用 ZrO2 固体电解质，铂金丝氧电极组成的氧浓差电池 〔即氧探头〕，在高温下输出电压与炉气氧分压有一定的函数关系， 间接控制炉气的碳势， 氮势的方法。

1。

氧势法控制碳势的原理：在可控渗碳气氛中，微量氧有以下的平衡关系：COC1O 2〔 1-1〕21CO 2 C2O2〔 1-2〕1H 2O H 2 2 O2〔 1-3〕平衡时， 式〔 1-1〕的平衡常数表达式：1Kp o 2ga〔 1-3〕(1 1)2PCO c所以： a cPCO〔1-4〕K (1 1)g1p o 22式中 K (1 1) ——〔 1-1〕式的平衡常数，是温度的函数P ， P O ——炉气中的 CO,O2 的分压CO2a c ——碳在奥氏体钢中的活度，其数值可近似用 a c C p / C sat 来表示。

C sat ——奥氏体钢中饱和碳浓度 C p ——炉气碳势T ——绝对温度 K式〔 1-3〕，〔1-4〕有以下关系：PCOC P K (1 1) C satP O 1/ 2〔 1-5〕2lg K (1 1)5870 〔 1-6〕T由上式公式可知，在一定温度下，碳势C p 可用 P / P 1/ 2 比值求得，这就COO 21/ 2P CO 变化不 是通过测试和控制P CO / PO 2 的比值来控制碳势的理论根底。

当炉气中 大时，可认为是一种常量时，碳势就可以通过测量炉气中的氧分压来控制碳势，这就是氧势法理论根底。

当式〔 1-2〕，〔 1-3〕反响到达平衡时，那么：1K(1p CO gp o 22〔1-7〕2)P CO 21pH 2g 2K(1po 2〔1-8〕3)PH 2O所以：P O 1/ 2PCO 2K (12)(1-9)2P CO1/ 2PH 2OK(1(1-10)P OPH 23)2lg K (114740(1-11)2)Tlg K (112914(1-12)3)T将〔 1-9〕，〔1-10〕两边取对数的下式：lg PO 22lgP CO29480〔 1-13〕P CO 2Tlg PO 22lgP H 225828(1-14)PH 2OT由式〔 1-13〕，〔1-14〕可见，当温度一定时， P O 2 与 P CO / P CO 2 或 P H 2 / P H 2 O 有一定的 函数关系。

氧含量分析仪怎么校正？（氧量分析仪校准方法）氧气分析仪是用于分析和监测氧气含量的工业在线过程分析仪器。

广泛用于加热炉、化学反应容器（反应釜、离心机）、工业制氮等水泥行业、建材及工业中混合气体中氧浓度的检测，电子产品中保护气体中氧浓度的检测行业。

氧分析仪的检测原理不同，针对性强（如：微量氧、大氧、高纯氧根据氧含量），所以要根据不同的使用领域。

不同的工艺条件选择合适的仪表。

以成都鸿瑞韬氧化锆氧分析仪为例，由于氧化锆氧分析仪的灵敏探头可直接插入烟道中进行检测，具有结构简单、精度高、对氧含量变化响应迅速等特点，因此是广泛使用。

用于测量各种锅炉、窑炉烟气的含氧量。

此外，氧化锆氧分析仪可方便地与调节器配合，形成封闭的环氧量控制系统，实现低氧燃烧控制，从而达到节能、减少环境污染的目的。

因此，它在实际生产中的应用越来越广泛。

使用一段时间后，测量精度会随着使用时间而漂移。

仪器使用标准气体进行两点校准，即零点校准和量程校准。

标定准备：标准气体需要高纯氮气或0.2%左右的氮气02作为零点标准气，20.0%左右的氮气02作为跨度标准气。

技术参数：●测量原理：氧化锆●测量范围：0.01%~25.00% O2●测量精度：＜±1.0%FS应用场合：广泛应用于冶金、化工、电力、供暖、环保等行业，分析各种工业锅炉及窑炉中烟气的氧含量；医疗垃圾焚烧炉污染物的控制；CEMS配套控制污染排放；炼钢精炼炉VOD的应用。

氧分析仪的校准方法，包括以下步骤：1.在氧分析仪的壳体上设置第一校准电位器和第二校准电位器；在氧分析仪的保护外壳上设置第一操作机构和第二操作机构，使得第一操作机构对第一校准电位器进行操作，第二操作机构对第二校准电位器进行操作；2.通过操作第一操作机构对氧分析仪进行空气校准；3.以及通过操作第二操作机构对氧分析仪进行标准气校准。

该方法无需打开氧分析仪的保护外壳即可进行校准操作，大大简化了校准的操作程序，提高了校准效率。

1 引言随着我国科学技术和新型材料等产业的快速发展，高纯气体作为保护气在超大规模集成电路、激光材料、光导纤维、航空航天材料等领域都有着重要的应用。

氧气作为一种化学活性较强的物质，其含量是检测高纯气体质量的重要指标，所以控制和检测氧气含量的关键因素是高纯气体作为保护气。

在我国国家标准中，对高纯气体的质量要求有明确的标准，高纯气体中微量氧的含量一般控制在几个μmol/mol （如表1 所示），想要准确测定不同种类的高纯气体中的氧，就必须选择合适的方法，而目前检测微量氧含量应用最广泛就是微量氧分析仪。

故此，本文从微量氧分析仪的原理和分类、使用和维护、检定校准三方面进行分别介绍。

表1 几种高纯气体的氧含量的标准要求气体种类国家标准氧含量指标要求高纯氩GB/T 4842—2017≦1.5×10-6高纯氮GB/T 8979—2008≦3×10-6高纯氢GB/T 7445—1995≦1×10-6高纯氦GB/T 4844.2—2011≦1×10-6高纯二氧化碳GB/T 23938—200910×10-6~1×10-62 微量氧分析仪的原理和分类2.1 化学电池法氧化还原电池是化学电池法微量氧分析仪的原理。

传感器是主要的化学电池，主要由阴极、阳极，电解池。

当氧气进入电池，氧气在阴极得到电子，阳极的金属铅氧化和失去电子。

由电池产生的电子从电路中提取，并且通过诸如补偿、校正和放大的方法测量测量气体中的氧含量。

反应式如下：阴极 O 2+2H 2O+4e -→4OH -；阳极 Pb+2OH -→PbO+H 2O+2e -；总反应式2Pb+O 2→2PbO 。

不同的实现方式可以将化学电池法的微量氧分析仪可分为原电池法、燃料电池法和赫兹电池法。

2.1.1 原电池法开放式的原电池法微量氧分析仪的检测池，需要添加电解液，清洗更换电极。

维护起来比较麻烦的原因是在使用时需要配电解液，还要经常添加蒸馏水，更换干燥剂硅胶，气密性不易保证。