燃料氧分析器使用方法

① 氧氣分析儀介紹 氧氣分析儀簡介

1、氧分儀是一種工業在線過程分析儀表，不僅廣泛應用於加熱爐、化學反應容器、地井、工業制氮等場合中混合氣體內氧氣濃度的檢測,還大量用於鍋爐內水中溶解氧、污水處理裝置外排水溶解氧的檢測。

2、氧分儀種類較多,檢測原理各異,針對性強,因此應根據不同使用場合、不同工藝狀況選擇合適的儀表。

3、氧分析儀器按照原理不同，一般可分為三類：燃料電池法氧分析儀、氧化鋯法的氧化鋯感測器、磁氧分析儀。氧分析儀器在使用中有很多注意事項，否則極易出現分析結果不精確等問題。

② 氧分析儀的使用注意事項

氧分析儀器按照原理不同，一般可分為三類：燃料電池法氧分析儀、氧化鋯法的氧化鋯感測器、磁氧分析儀。氧分析儀器在使用中有很多注意事項，否則極易出現分析結果不精確等問題。所以，萊百網總結的幾點注意事項，供您參考：
1、氧分析儀 在初次啟用前，應該對連接點，焊點，閥門等進行檢漏，以確保空氣中的氧不會反滲進入管道及儀器內部，造成測量數值偏高。
2、再次使用儀器前，要進行管道系統凈化，將漏入的空氣吹除干凈，同時確保連接取樣管路時沒有漏入空氣。
3、樣氣中氧含量的變化會受管道材質及表面粗糙度影響，因此一般連接管路選用銅管或拋光過的不銹鋼管，而不要使用塑料管，橡膠管等。
4、微量分析時，要避免各種管件，閥門，表頭等死角對樣氣造成污染，因此必須盡可能簡化氣路系統，連接件死角要小。威力防止溶解氧逸出造成污染，最好使用水封，油封及臘封等設備，才能確保數據精確。

③ 微量氧分析儀介紹 微量氧分析儀的原理

1、微量氧分析儀分為兩種分析原理：分別為燃料電池法微量氧分析儀和氧化鋯微量氧分析儀。

2、採用完全密封的燃料池氧感測器是當前國際上先進的測氧方法之一。燃料池氧感測器由高活性的氧電極和鉛電極構成，浸沒在KOH溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。

3、分類原理與特點：微量氧的分析方法主要有比色法、化學電池法、黃磷發光法、濃差電池法和氣相色譜法。其中比色法是較早採用的分析方法，它是國家標准規定的方法，利用銅氨溶液進行比色分析，由於操作復雜，准確度難以保證，並且不能實現自動在線分析，現在已很少採用，不過它還是一種仲裁方法。黃磷發光法是利用氧氣與黃磷氧化燃燒進行分析，具有分析速度快，可以連續分析的特點，但該方法採用的黃磷是危險化學品，生成的產物具有腐蝕性，並且檢測限低，所以現在已很少採用。在這里主要介紹化學電池法、濃差電池法和氣相色譜法。

④ 氧氣濃度檢測儀的原理氧氣濃度檢測儀是什麼原理

氧氣濃度檢測儀的原理是當燃料電池感測器是由高活性的氧電極和鉛電極構成，浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進入感測器，因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴散到氧電極中進行電化學反應，電化學反應中產生的電流決定於擴散到氧電極的氧分子數，而氧的擴散速率又正比於樣氣中的氧含量，這樣，該感測器輸出信號大小隻與樣氣中的氧含量有關，而與通過感測器的氣體總量無關。通過外部電路的連接，反應中的電荷轉移即電流的大小與參加反應的氧成正比例關系。

⑤ 原本一根好的導線，如果中間有一段改為電解質溶液，電流是怎樣通過的溶液是怎樣進行氧化還原的

氧含量檢測廣泛應用於熱能、冶金、化學化工、氣體生產和電子工業等眾多領域。隨著氣體分析儀器的不斷發展，相比手工分析方法，氧氣體分析儀具有準確度高、穩定性好、響應迅速、人為干預少和實時在線監測等特點，在氧含量分析中佔主導地位。

測量氧的儀器種類繁多，根據儀器所產生信號方式的不同可分為∶ 化學電池式（原電池、燃料電池、赫茲電池）、濃差電池式 （氧化鋯電池和變頻極限電流池）和氣相色譜法等。但在氣體的過程分析系統及工業化生產及應用當中，燃料電池式氧氣體分析儀由於其測量原理簡單、維護操作簡便、測量精度高、穩定性好等特點，特別適用於專業的氣體生產和電子工業等行業。

1 燃料電池式氧氣體分析儀測量原理及分類

1.1 測量原理
燃料電池式氧氣體分析儀的核心部件是感測器。感測器是一種將化學能轉換成電能的裝置，一般由陰極、陽極和電解質等組成。 當樣氣中的氧進入燃料電池後，將獲取電子轉換成離子態，再通過電解質的傳遞最終與陽極發生化學反應。反應物之一是樣氣中的氧，另一反應物是存儲在電池中的陽極，綜合反應是樣氣中的氧分子和陽極發生氧化反應，最終生成陽極材料的氧化物。這種反應類似於燃料電池的反應機理，因此稱此類感測器為燃料電池式。在化學反應中，陽、陽極之間發生電子遷移，如用導線將共連接，將會有電流產生，該電流的大小與進入感測器中的氧分子數量成正比關系，因此只要准確測量出陽、陽極之間的電流便可得出樣氣中的氧含量。
1.2分類及特點
燃料電池式感測器（以下簡稱：燃料電池）的種類很多，根據電解質的狀態可分為液態和固態（糊狀）燃料電池；根據電解質的性質可分為酸性和鹼性燃料電池；而根據樣氣與燃料電池的接觸方式可分為裸露式與隔膜式。
一般而言，液態電解質比圖態電解質具有更好的導電特性，鹼性比酸性具有更高的安全系數，膜式比裸露式具有更強的抗污染能力及對樣氣流量穩定性要求更低一些，所以在氣體中氧含量分析中，液態殘性、隔膜式燃料電池的應用更廣泛。

2 燃料電池式感測器的典型結構與反應機理

2.1燃料電池電極及電解質特性
為了使燃料電池的測量能達到一定精度，一般要求燃料電池對樣氣中的氧能有一個較高的響應值，即在樣氣中含有一定程度的氧時，能產生一個較高的電流強度，這就需要電極有一個強的反應效率。燃料電池的反應一般都發生在電極的表西（嚴格的說是電極、氣體和電解質組成的三相界面），影響電極反應效率的兩個重要因景是溫度和電極的表面積。燃料電池的電極不是簡單的固體電極，而是所謂的多孔電極或網狀電極。這是因為多孔電被或網狀電級的表面是固體電級的102 ~104倍，極大地增強了電極的反應效率。另外，燃料電池產生的電流相對較低，這就要求電極還應具有較好的導電性，且具有較高的耐腐蝕性，以便防範電解質的侵蝕。燃料電池的陰極一般採用對氧有催化還原活性的金屬材料，例如鉑、銀、金、銠等，其中銀應用得較多；以不能極化且能與氧發生化學反應的材料為陽極，如鉛、銅、鎘、碳等，鉛應用得較多。
燃料電池的電解質的主要作用是傳遞電極反應所需的離子，以及能夠導電並隔離兩極的反應物質。因此，理論上講燃料電池的電解質並不存在消耗。
2.2 液態、鹼性、隔膜式燃料電池結構
根據被測氣體的性質與組成採用 不同類型的燃料電池式感測器，只要樣氣中不含有可能會與陰、陽極材料及電解質發生反應的物質，一般均採用液態、鹼性、隔膜式燃料電池式感測器。 燃料電池式感測器如圖 1所示，外觀一般設計為圓柱形，內部填充有陰、陽極材料和電解液。
圖1 中，燃料電池底部最外層為不銹鋼防護網，以防範一定的外力及較大一些的顆粒。防護網上方安裝有一層紙漿過濾層，用於防止細小的微粒、雜質進入。過濾層的上方設置一層由聚四氟乙烯材質製成的滲透膜，滲透膜的厚度被精確控制，以便於樣氣中的氧氣分子可擴散進入且又能托住內部的電解液使其不滲出。在滲透膜的上方，便是氧的感測性元件（陰極），它呈圓形網狀結構，表面鍍有金屬銀，表面積約為4 cm²，陰極上分布許多小孔，以確保它的表面被電解液完全浸潤。陰極本身並不與氧分子發生化學反應，作用是提供一個媒介平台，使樣氣中的氧分子在此處獲取電子並和水發生化學反應生成氫氧根離子，並同時傳導由化學反應所產生的電流，其本身並不存在任何消耗。陽極位於陰極之上，由細小顆粒狀的金屬鉛壓制而成，內部含有許多 細小的孔穴，以盡可能地擴展陽極與電解液的接觸面積，其內部還嵌有螺旋遞進式布局的金屬導線，以便於快速地進行電子傳遞。陽極 （鉛）屬消耗電極，當氧進入電池後最終與鉛發生化學反應，並隨著電化學反應的深入，反應終將停止，燃料電池壽命終結。在陽極和陰極之間還設置有一個塑料製成的導向環，用於分配電化學反應中的離子傳遞。在電池的上部，陽極的正上方是一塊可以活動的塑料薄膜，用於緩沖燃料電池在使用過程中產生的體積變化，從而保持內部壓力的穩定。在電池的滲透膜與活動膜之間充滿了10% 的氫氧化鉀（KOH） 電解液，使陰極和陽極都得到充分的浸漬。在陰極和陽極中還各自有一根導線與燃料電池頂部的正、負極觸點盤相連，以便對外輸出電流。
2.3 鹼式燃料電池化學反應過程
當樣氣中的氧分子從底部通過擴散的方式進入電池後，在陰極獲取電子，與電解液中的水一起生成氫氧根離子，發生如下化學反應∶
（陰極）O2 +2H2O＋4e-→4OH-
當氧在陰極消耗的同時，陽極鉛則與氫氧根離子發生反應不斷地被氧化，發生如下化學反應 ∶
（陽極）Pb ＋4OH-→PbO+2H2O＋4e-
因此總反應可以理解為∶ 2Pb ＋O2 →2PbO。

2.4 酸式燃料電池的特點
酸式燃料電池種類也很繁多，其結構形式與鹼性燃料電池基本相同，也是由電解質、陰極與陽極組成，例如美國 TELEDYNE 公司生產的 A-2C 型燃料電池式感測器，其結構組成與圖 1相同，但其陰極使用鍍金材料，電解質使用 5% (體積分數，下同）的醋酸和5% 的醋酸鉀混合溶液，而陽極仍使用金屬鉛，化學化應過程與鹼式燃料電池一致。

3 燃料電池式微量氧氣體分析儀的應用

燃料電池式氧氣體分析儀的使用較為廣泛，既可用於測量微量氧，也可用於測量常量氧(區別在於滲透膜的厚度）。但在測量常量氧時其測量精度和長期使用的穩定性均不如磁式微量氧氣體分析儀，只適用於要求不高的場所。但在測量微量氧時，燃料電池式微量氧氣體分析儀則具有較大優勢，測量下限可達 0.1 ×10-6，而磁式氧分析儀的測量下限一般為 0.1%。因此燃料電池式微量氧氣體分析儀一般應用於專業的高純氣體生產以及對氧含量需精準控制的電子生產廠家等。
（1）鹼式燃料電池式氧分析儀不可用於測量含有酸性氣體 例如∶ 二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氨氧化物、氰化氫、氯化氫）以及會與陰、陽極物質發生反應的氣體。例如採用銀材質作為陰極，鉛材質作為陽極，就應避免樣氣中含有鹵素、氯和過氧化合物等，這些物質會破壞電池原有的結構和組成成分。
（2）酸式燃料電池可用於測量含有二氧化碳的氣體，但不可用於測量含有鹼性氣體的樣氣，以及會與陰、陽極物質發生反應的氣體。
（3）燃料電池的放電電流與溫度呈正指數關系，當溫度升高時，電流將顯著增大，只有在恆溫條件下或進行溫度補償方能確保測量的精確性。而由於燃料電池一般都在環境溫度下工作，因此絕大部分燃料電池均採用溫度補償方式來修正測量數據。 當工作溫度低於零度時，為防止電解液凍結而使導電性能降低，必須進行加熱或保溫處理。
（4）相比裸露式燃料電池，隔膜式具有測量量程范圍更寬、抗污染能力更強、對樣氣流量變化不敏感等特點，得到更為廣泛的應用。但隔膜式燃料電池在使用過程中應避免發生樣氣超壓或壓力突變的現象，這些都將可能造成滲透膜破裂。而滲透膜一旦破裂，電解液就會滲出，感測器立即失效。
（5）燃料電池的測量信號與樣氣中的氧分壓成正比關系，測量信號不但與樣氣中的氧濃度有關系，還與樣氣的壓力成正比。因此必須使燃料電池盡可能處於穩壓狀態，讀數才能夠准確。如果大量氧分子進入了燃料電池內部，只有氧化反應完成後方能重新響應到樣氣中的氧分子含量，故此燃料電池具有氧讀數上升速度較快但下降速度慢的特點。此時可適當增大樣氣流量，加大燃料電池內樣氣的置換速率，使感測器能更快地響應到樣氣中氧含量的讀數。
（6）燃料電池式感測器屬於原電池感測器，無需外部供電，其電化學反應可自發進行。因此，當樣氣中含有氧時，燃料電池就會存在消耗。氧含量越大，消耗越大，當超過儀器的最大設計量程時，需停止分析儀工作。此時應將燃料電池封閉或通入微量氧含量較低的氣體將感測器保護起來，以防空氣中的氧滲透到感測器，造成不必要的消耗。
（7）燃料電池的測量必須伴有電化學反應才能進行，因此燃料電池屬消耗型感測器，具有一定的使用壽命。其使用壽命的長短與被測氣體中的氧含量有很大的關系。即使是短期通入了高氧含量的氣體或是會與陰、陽極材料發生反應的氣體，都有可能會大大縮短使用壽命或直接使其失效。因此一般生產廠家都會在燃料電池內填充足夠量的陽極材料，以便獲得一個較大的電化學反應容量。但在實際應用過程中，當燃料電池使用壽命的末期到來時，並非是陽極材料完全被氧化，而是在陽極生成的氧化物覆蓋在了陽極材料的表面，或是在陰極表面水分散失，使電化學反應無法再繼續進行。一旦如此，各種廠家生產的燃料電池所表現出來的現象也各不相同，有些為持續的讀數上升，而有些則表現為讀數下降。這都有賴於燃料電池的設計及使用過程的控制，應嚴格按照廠家的技術說明來判斷，不能一概而論。

4 結束語

燃料電池式氧氣體分析儀由於結構簡單，操作簡便，實用性強，特別適用於氮、氬、氨等高純氣體中微量氧含量的測量。但在實際應用中，應充分考慮樣器的組成、製取和儀器所處環境狀態等可能造成的干擾因素，定期進行校正和比對分析，從而確保儀器的准確性和穩定性。

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⑥ 請敘述電極式溶解氧分析儀的校正校正方法

電極式溶解氧分析儀校正方法如下：
1、用校正液校準
在國家環境保護行業標准HJ/T 99-2003《溶解氧(DO)水質自動分析儀技術要求》中，推薦的校準方法和步驟如下。
① 校正液的配製。
零點校正液：將約25g的無水Na2SO3溶於蒸餾水中，加蒸餾水至500mL。使用時配製。
量程校正液：在(25±0. 5 )℃下，以約1L/min的流量將空氣通入蒸餾水[應該把盛蒸餾水的容器放在(25±0. 5)℃的水浴中]，並使其中的溶解氧達到飽和，靜置一段時間後使溶解氧達到穩定(通常，200mL水需要5~10min; 500mL水需要10~20min)。
說明:溶解氧的濃度隨大氣壓的變化而不同，所以採用大氣壓補償。另外，在測定高鹽度試樣時，在配製溶解氧飽和水時，應根據試樣中鹽類的摩爾濃度添加NaCl試劑。
②校正。
零點校正：將電極浸入零點校正液，將指示值調整為零點。
量程校正：將電極浸入量程校正液，在用磁攪拌器攪拌的同時，待顯示值穩定後，測定量程校正液的溫度(准確至±1℃)，根據飽和溶解氧濃度值調整顯示值。
說明:顯示值一般隨試樣的流速變化而變化，因此攪拌速度應按照生產商規定的方法，使電極表面的液體流速保持恆定。
調節:交替進行零點校正和量程校正操作，調節分析儀直至校正液的測定值與顯示值之差在±0.25mg/L以內為止。
2、 在空氣中校準
這種方法簡便易行，是某些儀表使用說明書中推薦的方法。注意在取出感測器探頭置於空氣中進行校準前，先要用脫鹽水將其清洗干凈，再用濾紙吸干表面水分。
對於μg/L級微量溶解氧分析來說，這種校準方法准確度低，不宜採用。
3、用被測介質來做校準
這種校準方法主要用於生物發酵過程。在消毒完成後，向未接種的介質中充入潔凈的壓縮空氣，使介質中的溶解氧達到飽和狀態，然後用感測器來校準100%濃度，再用百分比濃度來檢測和控制整個發酵過程。