Analyseur de teneur en oxygène de zircone

Analyseur de teneur en oxygène de zircone- - Golden Lake Tianxiang instrument a la qualité de l'entreprise est la vie de l'entreprise, chaque produit est un travail d'ingéniosité!

Principe oxymétrique de la sonde à oxygène zircone

Mécanisme de conduction de la zircone: la solution d'électrolyte est conductrice par les ions, et les substances solides ayant des propriétés de conduction ionique sont appelées électrolytes solides. L'électrolyte solide est une structure cristalline ionique qui rend le mouvement ionique conducteur par les trous, similaire au mécanisme de conduction des trous semi - conducteurs de type p.

L'oxyde de zirconium pur (ZrO2) n'est pas conducteur, dopé avec un certain pourcentage de métal à bas prix comme stabilisant, comme l'oxyde de calcium (cao2), l'oxyde de magnésium (MgO), l'oxyde d'yttrium (Y2O3), a une conductivité à haute température et devient un électrolyte solide de zircone.

Pourquoi la zircone a - t - elle une conductivité ionique élevée après l'ajout du stabilisant?

En effet, un mélange de zro 2 dopé avec une petite quantité de Cao 2, au cours de la cristallisation, les ions Calcium entrent dans le cristal cubique, déplaçant les ions zirconium. Comme l'ion zirconium est de valence + 4 et que l'ion Calcium est de valence + 2, un ion Calcium entre dans le cristal et n'apporte qu'un ion oxygène, tandis que l'ion zirconium déplacé en apporte deux, ce qui laisse un trou d'ion oxygène dans le cristal. Par example: (zro 2) 0,85 (CAO 2) 0,15 une telle zircone (fraction molaire de la zircone de 85%, fraction molaire de l'oxyde de calcium de 15%) a alors 7. La fraction molaire de trous d'ions oxygène de 5% est devenue un bon électrolyte solide d'ions oxygène.

De part et d'autre d'un électrolyte solide de zircone très dense, on réalise par frittage une couche poreuse de platine de quelques microns à quelques dizaines de microns d'épaisseur comme électrode, puis on soude sur l'électrode un fil de platine comme fil conducteur, ce qui constitue une cellule différentielle de concentration d'oxygène dont la pression partielle d'oxygène est p0 si la partie gauche de la cellule débouche dans un gaz de référence (air) et P1 si la partie droite de la cellule débouche dans le gaz testé (inconnu).

Soit p0 > P1, à haute température (650...850 ℃), l'oxygène diffusera du côté de la pression partielle élevée de p0 au côté de la pression partielle faible de P1, et cette diffusion, au lieu de la molécule d'oxygène à travers la zircone du côté de p0 au côté de P1, mais après la dissociation de la molécule d'oxygène en ions d'oxygène, à travers le processus de zircone.

À une température élevée d'environ 750 ℃, sous l'action catalytique de l'électrode de platine, une réaction de réduction se produit du côté p0 de la cellule, une molécule d'oxygène prend 4 électrons de l'électrode de platine et devient deux ions d'oxygène (O2 -) dans l'électrolyte, à savoir: O2 (p0) + 4e → 2o2 - p0 côté de l'électrode de platine est chargé positivement en raison du grand nombre d'électrons donnés, devenant l'électrode positive ou l'anode de la cellule pauvre riche en oxygène. Après l'entrée de ces ions oxygène dans l'électrolyte, en avançant par les trous dans le cristal jusqu'à l'électrode de platine à droite, une réaction d'oxydation se produit du côté P1 de la cellule, où les ions oxygène libèrent des électrons et se combinent avec le dégagement de molécules oxygénées, c'est - à - dire: 2o2 - - 4e → O2 (P1)

L'électrode de platine du côté P1 est chargée négativement en raison du grand nombre d'électrons obtenus et devient la cathode négative ou la cathode d'une batterie pauvre en oxygène.

Ainsi, sur les deux électrodes, il se forme un potentiel électrique dû à l'accumulation de charges positives et négatives, appelé Force électromotrice différentielle de concentration d'oxygène. Lorsque vous connectez les deux électrodes en un circuit électrique avec un fil, les électrons sur l'électrode négative circulent à travers le circuit externe vers l'électrode positive, alimentant les molécules d'oxygène pour former des ions et un courant électrique passe dans le circuit. L'ampleur de la Force électromotrice différentielle de concentration d'oxygène, liée à la concentration d'oxygène dans le gaz de part et d'autre de l'électrolyte solide de zircone.

Principe de fonctionnement du capteur d'oxygène zircone

Des électrodes de platine poreux (PT) ont été frittées séparément sur les deux côtés de l'électrolyte de zircone (tube ZrO2), la cellule de mesure est divisée en 3 couches: platine (électrode) – zircone (électrolyte) – platine (électrode). Les électrodes en platine sont poreuses. Le gaz de cheminée pénètre par le filtre ou le gaz de contrôle par le conduit d'un côté du gaz mesuré de la cellule de mesure, tandis que l'autre côté est l'air de référence (contenant 20,60% d'oxygène).

Deux gaz avec des concentrations d'oxygène différentes agissent sur la cellule de mesure pour produire un potentiel électrique régulier en logarithme (plus la différence de concentration d'oxygène est grande des deux côtés, plus le signal de potentiel est grand). Les Analyseurs peroxygénés de signaux millivolts sont convertis en courant standard de 0 à 10 ma ou de 4 à 20 ma. Ce courant est émis par la borne de câblage de l'analyseur d'oxygène.

La température de fonctionnement de la cellule de mesure est réglée à une température constante supérieure à 650 ° c. afin de maintenir la température de fonctionnement constante, la température de fonctionnement de la cellule est mesurée avec un thermocouple de type K et un contrôleur de température à l'intérieur de l'analyseur peroxygéné régule la tension de chauffage du réchauffeur.

Lorsque la température des fumées mesurée est supérieure à 700 ° C, le chauffage et les thermocouples thermométriques sont supprimés de la composition du capteur.

Dans un état idéal, lorsque les fumées testées sont à la même concentration que les gaz de référence, leur potentiel de sortie e vaut 0 MV, mais dans une application pratique, ni les conditions réelles du tube de zirconium ni la situation sur le terrain ne sont idéales. L'histoire est que le tube de zirconium est dévié de cette valeur. En effet, le potentiel de sortie du tube de zirconium à une certaine teneur en oxygène est la somme de la valeur théorique et du potentiel de fond local, nous appelons la valeur du potentiel de sortie du tube de zirconium dans des conditions de différence sans concentration le potentiel de fond local ou le potentiel de zéro, la taille de Cette valeur à son tour prend différentes valeurs à différentes températures et varie avec la durée d'utilisation du tube de zirconium. Par conséquent, si vous ne traitez pas cette situation, cela affectera sérieusement la précision et la durée de vie de la sonde de l'ensemble du compteur d'oxygène.

Structure et types d'Analyseurs d'oxygène de zircone

La composition de l'analyseur de quantité d'oxygène de zircone est composée d'un capteur d'oxygène (également connu sous le nom de sonde d'oxygène, détecteur d'oxygène), d'un analyseur d'oxygène (également connu sous le nom de transmetteur, unité de transfert, convertisseur, analyseur), ainsi que d'un dispositif anti - poussière, d'un thermocouple, d'un chauffage, d'un conduit de gaz standard, d'une boîte de jonction et d'un boîtier de boîtier, etc.

Le dispositif anti - poussière se compose d'un capot anti - poussière et d'un filtre, ce qui peut empêcher la poussière des fumées de pénétrer à l'intérieur du tube de zircone, de sorte que les éléments du tube de zircone sont protégés contre la pollution et peuvent jouer le rôle d'échantillon de gaz tampon.

L'élément de tube en zircone est le composant central de la sonde à oxygène, à partir duquel un signal de potentiel différentiel de concentration d'oxygène est généré. Les tubes en zircone sont des oxydes céramiques métalloïdes et doivent être utilisés pour éviter les chocs violents afin de ne pas endommager les éléments des tubes en zircone.

Le thermocouple est utilisé pour le contrôle thermostatique du chauffage intégré de la sonde, ainsi que pour mesurer la température du gaz mesuré dans la cheminée de la chaudière et du four, fournissant un signal de température pour le calcul de la quantité d'oxygène.

Le rôle du réchauffeur est de fournir la température nécessaire au bon fonctionnement de l'élément électrolyte solide en zircone, lui permettant ainsi de fonctionner également correctement dans l'environnement des fumées testées, à une température inférieure à 600°c.

Le signal de potentiel d'oxygène de la sonde à oxygène, le signal de température du thermocouple est amplifié vers le circuit de conversion A / D, avec le coefficient de correction pour le traitement des données, qui peut conduire à la teneur en pourcentage de la teneur en oxygène. Dans le même temps, le système peut mettre en œuvre l'affichage du potentiel d'oxygène, de la température de la sonde, des valeurs du coefficient de correction et effectuer un contrôle constant de la température du four électrique de chauffage du tube de zirconium, complété par un couple de rupture, une protection contre la surchauffe et une protection contre le couplage thermique pour assurer un fonctionnement fiable du système.

Selon la méthode de détection, les sondes à oxygène à la zircone sont divisées en deux catégories principales: les sondes à oxygène à détection par échantillonnage et les sondes à oxygène à insertion directe.

Sonde d'oxygène de détection d'échantillon

La méthode d'échantillonnage et de détection est par le conduit d'introduction, le gaz testé est dirigé dans la Chambre de détection de la zircone, puis la zircone est chauffée à la température de fonctionnement (au - dessus de 750 ° c) par l'élément chauffant. La zircone est généralement de forme tubulaire et les électrodes sont réalisées avec des électrodes de platine poreuses. L'avantage est qu'il n'est pas affecté par la température du gaz de détection, la teneur en oxygène dans les gaz de différentes températures peut être détectée en utilisant différents conduits, cette flexibilité est utilisée sur de nombreuses détections en ligne industrielles. Son inconvénient est un temps de réaction lent; Structure complexe, facile à influencer la précision de détection; Lorsqu'il y a plus d'impuretés gazeuses détectées, le tube de prélèvement est facilement bouché; Les électrodes poreuses en platine sont vulnérables à la corrosion par le soufre dans les gaz, l'arsenic, etc., ainsi qu'au colmatage des poussières fines; Le chauffage est généralement chauffé avec un fil de four électrique, la durée de vie n'est pas longue.

Lorsque la température du gaz testé est basse (0 ℃ ~ 650 ℃), ou lorsque le gaz testé est plus propre, il est approprié d'adopter des méthodes de détection de style, telles que la mesure de l'oxygène de la machine de production d'azote, la mesure de l'oxygène en laboratoire, etc.

Analyseur de teneur en oxygène de zirconeSonde d'oxygène à détection directe

La détection directe consiste à insérer de la zircone directement dans le gaz testé à haute température, à détecter directement la teneur en oxygène du gaz, ce type de détection convient à la température du gaz détecté à 700 ℃ ~ 1150 ℃ (la structure spéciale peut également être utilisée pour une température élevée de 1400 ℃), il utilise La température élevée du gaz testé pour amener l'oxyde de zirconium à la température de fonctionnement, sans utiliser de chauffage supplémentaire. La clé technique des sondes à oxygène à branchement direct est le scellement à haute température des matériaux céramiques et les problèmes d'électrodes.

En raison de la nécessité d'insérer de la zircone directement dans le gaz de détection, la longueur de la sonde à oxygène a des exigences élevées, sa longueur effective est d'environ 500 mm ~ 1000 mm, la longueur de l'environnement spécial peut atteindre 1500 mm. Et la précision de la détection, la stabilité de fonctionnement et La durée de vie ont des exigences élevées, de sorte que la sonde à oxygène à insertion directe est difficile d'adopter la Structure tubulaire en zircone globale de la sonde à oxygène à zircone traditionnelle, tout en prenant la structure de la connexion de tube de zircone et d'alumine avec des exigences techniques plus élevées. Les propriétés d'étanchéité sont l'une des technologies clés de cette sonde à oxygène en zircone. Actuellement, la méthode de connexion sur *, est de souder la zircone avec le tube d'alumine, ses performances d'étanchéité sont bonnes, par rapport à la méthode de détection de style d'extraction, la détection directe a des avantages évidents: La zircone est en contact direct avec le gaz, la précision de détection est élevée, La vitesse de réaction est rapide et la quantité d'entretien est faible.