高純氧分析儀，高含量氧分析儀，3D離子流氧分析儀原理解析

氧含量（含氧量）在工業生產過程中，是一個非常重要的指標之一，直接影響著生產的產能、速度、效率及安全等。因此，如何快速、準確、可靠地對氧含量進行測量，以便及時地對氧含量進行控制就顯得十分重要。

而離子流法就是基于這一需求所研發的新型氧含量測量方法，與傳統的氧含量測量方法（電化學氧分析儀、氧化鋯氧量分析儀、磁氧分析儀）相比，在響應速度、穩定性、儀器價格以及傳感器使用壽命等方面均有不小的優勢，尤其適用于高含量氧氣分析。

傳統的氧含量測量，通過“燃料電池法（也稱電化學氧分析）"、“磁氧分析儀"、“氧化鋯氧分析儀"、“激光氧分析儀"等原理；今天諾科儀器和大家介紹一種先進的“離子流測氧儀，離子流氧分析儀"。

在已穩定化的ＺｒＯ２兩側被覆鉑電極，陰極側用有氣體擴散孔的罩接合，形成陰極空腔。一定溫度下，ＺｒＯ２電極兩側如加一定電壓時，空腔內的氧分子在陰極處獲得電子形成氧離子（Ｏ２－），Ｏ２－通過ＺｒＯ２的氧空位遷移到陽極，放出電子后變成氧分子氣體釋放出來，這種現象被稱為電化學泵，這樣，陰極空腔中的氧氣就被ＺｒＯ２電解質＊地泵到空腔外，在回路中形成電流。當氧氣摩爾分數一定時，電壓增加，電流強度隨之增加，當電壓超過某一值時，電流強度達到飽和，這是氧氣通過小孔向陰極空腔內擴散受小孔限制的結果。這個飽和電流稱為離子電流。氣體在小孔中的擴散機制決定著傳感器的性質。小孔擴散一般有２種離子電流情況，即分子擴散和Ｋｎｕｄｓｅｎ擴散。當小孔直徑比氣體分子的平均直徑大時，即在分子擴散區離子電流值ＩＬ為：

式中，Ｆ—法拉第常數；Ｄ—自由空間氧分子擴散系數；Ｓ—擴散小孔的截面積；Ｌ—擴散小孔的長度；Ｃ—傳感器周圍氧的摩爾分數；ＣＴ—整個氣體物質的摩爾分數。當Ｃ／ＣＴ＜１時，由式（１）可知，離子電流值與氧的摩爾分數就變成正比關系，離子電流值ＩＬ為：

由式（２）可知，離子電流和氧摩爾分數幾乎成線性關系。根據輸出電流大小就可以確定被測氣體中的氧摩爾分數。用多孔陶瓷基片作為擴散層控制供給傳感器陰極的氧，這種利用ＬＳＭ作為多孔層型結構的致密擴散障礙層如下圖所示。

這種多孔層型氧傳感器的離子電流和式（２）相同，離子電流值為：

式中，Ｆ—法拉第常數；Ｄｅｆｆ—多孔層內氧有效擴散系數；Ｓ—陰極面積；Ｌ—多孔層基片厚度；Ｃ—傳感器周圍的氧摩爾分數。由式（３）可知，多孔層型氧傳感器的極限電流值與氧摩爾分數成線性關系。

３Ｄ離子流氧分析儀傳感器在不同氧濃度環境氣體中，電壓電流特性如下圖所示：

３Ｄ離子電流值與氧濃度的關系曲線如下圖所示：