常用的氧氣純度自動(dòng)分析儀有熱磁式和陶瓷式兩種。
1)熱磁式氧分析儀。在大型空分設(shè)備中應(yīng)用很廣,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指示和記錄,是測(cè)量0~100%范圍內(nèi)較好的分析儀器。
熱磁式氧分析儀的工作原理如圖137所示。它是利用不同的氣體在磁場(chǎng)中的磁化率不同,有的(例如氧氣)會(huì)受到磁吸引,稱為順磁物質(zhì)。并且溫度越高,磁化率越低,磁場(chǎng)對(duì)它的吸引力越小。圖中的發(fā)送器是一個(gè)具有中間通道的圓環(huán),稱為環(huán)室l。中間通道的一旁裝有一對(duì)磁極2、3,間隙中是不均勻磁場(chǎng)。在間隙中放有兩個(gè)熱電阻線圈4、5,電阻4為測(cè)量元件,阻值為n;電阻5為參比元件,阻值為r2。它們與電阻R1、R2組成電橋的四個(gè)臂,電橋的不平衡信號(hào)從A、B兩點(diǎn)取出,輸送給二次儀表。
當(dāng)氣體從入口進(jìn)入環(huán)室,沿環(huán)室兩側(cè)通道流動(dòng)時(shí),不靠磁場(chǎng)的右邊一路直接由出口排出;左邊的一路由于受磁場(chǎng)的作用,把氧氣吸入中間通道。熱電阻4、5在通電加熱后,使中間通道溫度維持在100~250℃之間的某一定值,因此使吸入的氧氣溫度升高,磁化率相應(yīng)降低,磁場(chǎng)吸引力減小。受熱的氧分子不斷被冷的氧分子排擠而排出磁場(chǎng)外,在中間通道形成了穩(wěn)定的氧氣對(duì)流,叫熱磁對(duì)流,俗稱磁風(fēng)。對(duì)流的結(jié)果使熱電阻的熱量被不斷帶走,溫度降低,阻值r1下降。阻值降低的值取決于熱磁對(duì)流的大小,也就是氧含量的高低。氣體流過熱電阻5時(shí),由于又被加熱,溫降不多,阻值r2的變化較小,所以電橋失去平衡。根據(jù)輸出的不平衡信號(hào),就可在二次儀表上直接讀出被測(cè)氣體中的氧含量。
2)陶瓷式氧分析儀。它是屬于電化學(xué)法分析儀。如圖138所示,將經(jīng)過特殊處理的氧化鋯加工成管子形狀作為電介質(zhì)。管壁的內(nèi)、外表面各鑲上一圈金屬作為電極。在外部用導(dǎo)線把兩極連接起來,串上適當(dāng)?shù)呢?fù)荷電阻R。當(dāng)溫度達(dá)到850℃時(shí),電極兩側(cè)如果存在含氧濃度不同的氣體,氧離子就從濃度高的一極穿過氧化鋯向另一極移動(dòng),使兩極間產(chǎn)生電流。如果管外側(cè)與基準(zhǔn)氣體(例如空氣)相接觸,管內(nèi)側(cè)通入待測(cè)氣體。在管內(nèi)、外氣體壓力相等、流量恒定的情況下,兩極間的電動(dòng)勢(shì)的大小取決于氧的濃度。此電勢(shì)可直接或通過放大后進(jìn)行指示、記錄。
基準(zhǔn)氣體根據(jù)被測(cè)氣體的氧濃度而定。當(dāng)氧濃度低于20%時(shí),一般可用空氣作為基準(zhǔn)氣;如果氧濃度在98%~100%時(shí),則用已知純度(99%~100%)的氧作為基準(zhǔn)氣。
由于它是在850℃的高溫下操作,若待測(cè)氣體中含有氫和一氧化碳時(shí),它們會(huì)與氧發(fā)生反應(yīng),氧濃度降低,引起測(cè)量誤差。當(dāng)含有腐蝕性氣體時(shí),應(yīng)先用活性炭過濾。
1)熱磁式氧分析儀。在大型空分設(shè)備中應(yīng)用很廣,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指示和記錄,是測(cè)量0~100%范圍內(nèi)較好的分析儀器。
熱磁式氧分析儀的工作原理如圖137所示。它是利用不同的氣體在磁場(chǎng)中的磁化率不同,有的(例如氧氣)會(huì)受到磁吸引,稱為順磁物質(zhì)。并且溫度越高,磁化率越低,磁場(chǎng)對(duì)它的吸引力越小。圖中的發(fā)送器是一個(gè)具有中間通道的圓環(huán),稱為環(huán)室l。中間通道的一旁裝有一對(duì)磁極2、3,間隙中是不均勻磁場(chǎng)。在間隙中放有兩個(gè)熱電阻線圈4、5,電阻4為測(cè)量元件,阻值為n;電阻5為參比元件,阻值為r2。它們與電阻R1、R2組成電橋的四個(gè)臂,電橋的不平衡信號(hào)從A、B兩點(diǎn)取出,輸送給二次儀表。
當(dāng)氣體從入口進(jìn)入環(huán)室,沿環(huán)室兩側(cè)通道流動(dòng)時(shí),不靠磁場(chǎng)的右邊一路直接由出口排出;左邊的一路由于受磁場(chǎng)的作用,把氧氣吸入中間通道。熱電阻4、5在通電加熱后,使中間通道溫度維持在100~250℃之間的某一定值,因此使吸入的氧氣溫度升高,磁化率相應(yīng)降低,磁場(chǎng)吸引力減小。受熱的氧分子不斷被冷的氧分子排擠而排出磁場(chǎng)外,在中間通道形成了穩(wěn)定的氧氣對(duì)流,叫熱磁對(duì)流,俗稱磁風(fēng)。對(duì)流的結(jié)果使熱電阻的熱量被不斷帶走,溫度降低,阻值r1下降。阻值降低的值取決于熱磁對(duì)流的大小,也就是氧含量的高低。氣體流過熱電阻5時(shí),由于又被加熱,溫降不多,阻值r2的變化較小,所以電橋失去平衡。根據(jù)輸出的不平衡信號(hào),就可在二次儀表上直接讀出被測(cè)氣體中的氧含量。
2)陶瓷式氧分析儀。它是屬于電化學(xué)法分析儀。如圖138所示,將經(jīng)過特殊處理的氧化鋯加工成管子形狀作為電介質(zhì)。管壁的內(nèi)、外表面各鑲上一圈金屬作為電極。在外部用導(dǎo)線把兩極連接起來,串上適當(dāng)?shù)呢?fù)荷電阻R。當(dāng)溫度達(dá)到850℃時(shí),電極兩側(cè)如果存在含氧濃度不同的氣體,氧離子就從濃度高的一極穿過氧化鋯向另一極移動(dòng),使兩極間產(chǎn)生電流。如果管外側(cè)與基準(zhǔn)氣體(例如空氣)相接觸,管內(nèi)側(cè)通入待測(cè)氣體。在管內(nèi)、外氣體壓力相等、流量恒定的情況下,兩極間的電動(dòng)勢(shì)的大小取決于氧的濃度。此電勢(shì)可直接或通過放大后進(jìn)行指示、記錄。
基準(zhǔn)氣體根據(jù)被測(cè)氣體的氧濃度而定。當(dāng)氧濃度低于20%時(shí),一般可用空氣作為基準(zhǔn)氣;如果氧濃度在98%~100%時(shí),則用已知純度(99%~100%)的氧作為基準(zhǔn)氣。
由于它是在850℃的高溫下操作,若待測(cè)氣體中含有氫和一氧化碳時(shí),它們會(huì)與氧發(fā)生反應(yīng),氧濃度降低,引起測(cè)量誤差。當(dāng)含有腐蝕性氣體時(shí),應(yīng)先用活性炭過濾。