Ein Sauerstoffanalysator ist ein Instrument zur Messung der Sauerstoffkonzentration in Gasen. Die Methode der Sauerstoffanalyse basiert hauptsächlich auf verschiedenen Prinzipien der Gasdetektionstechnik zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration. Zu den gängigen Methoden der Sauerstoffanalyse gehören:
1. Elektrochemisches Recht
Der elektrochemische Sauerstoffanalysator basiert auf dem Prinzip der elektrochemischen Reaktion und verwendet die Reduktion oder Oxidationsreaktion von Sauerstoff an der Elektrode, um Strom- oder Spannungsänderungen zu erzeugen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Gas zu messen.
Arbeitsprinzip:
Elektrochemische Sensoren bestehen in der Regel aus zwei Elektroden (Arbeits- und Referenzelektrode) und einer Elektrolytlösung. Wenn das Gas durch die Elektrode geht, reagieren die Sauerstoffmoleküle auf der Arbeitselektrode und erzeugen Strom.
Die Stromstärke ist proportional zur Sauerstoffkonzentration und durch die Messung der Stromveränderungen kann die Sauerstoffkonzentration im Gas genau berechnet werden.
Eigenschaften:
Hohe Empfindlichkeit, geeignet für die Detektion niedriger Sauerstoffkonzentrationen (z. B. Umweltüberwachung).
Schnelle Reaktion für Echtzeit-Prüfungen.
Geeignet für die Messung von Sauerstoffkonzentrationen in einer Vielzahl von Gasmischungen.
2. Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit)
Wärmeleitfähigkeit basiert auf der Wärmeleitfähigkeit des Gases, um die Sauerstoffkonzentration zu messen. Die Wärmeleitfähigkeit von Sauerstoff unterscheidet sich von anderen Komponenten in der Luft (wie Stickstoff, Kohlendioxid usw.), und dieses Prinzip wird verwendet, um Sauerstoff zu prüfen.
Arbeitsprinzip:
Der Wärmeleitsensor besteht aus zwei Thermoelementen und einem Heizelement. Um das Heizelement herum überwachen die Sensoren die Temperaturänderungen des Gases aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Gase.
Die Wärmeleitfähigkeit von Sauerstoff in der Luft unterscheidet sich von anderen Gasen (wie Stickstoff, Kohlendioxid usw.), daher kann die Konzentration des Sauerstoffs durch die Messung der Temperaturänderungen des Sensors berechnet werden.
Eigenschaften:
Nicht verbrauchbar, keine chemischen Reaktionen erforderlich und somit eine längere Lebensdauer des Sensors.
Es ist sehr empfindlich auf die Wärmeleitfähigkeitsdifferenzen von Gasen und ermöglicht eine schnelle Messung der Sauerstoffkonzentration.
Geeignet für Gasumgebungen mit hohen Sauerstoffkonzentrationen.
3. Widerstandsmethode (Zirkonoxidmethode)
Die Resistenzmethode ist hauptsächlich die Messung der Sauerstoffkonzentration durch die Reaktion von Zirkonoxid (ZrO2)-Keramik mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen.
Arbeitsprinzip:
Zirkonoxidelektroden sind bei hohen Temperaturen elektrisch leitfähig gegenüber Sauerstoff. Wenn Sauerstoff durch Zirkoniumaterialien passiert, werden Sauerstoffmoleküle auf der Zirkoniumoberfläche adsorbiert und ionisiert, um ein Stromsignal zu erzeugen.
Die Größe dieses Stromsignals ist proportional zur Sauerstoffkonzentration.
Diese Methode wird häufig verwendet, um hohe Sauerstoffkonzentrationen zu messen, wie zum Beispiel bei der Sauerstoffanalyse während des Verbrennungsprozesses.
Eigenschaften:
Die hohe Temperaturstabilität ist gut geeignet für die Sauerstoffanalyse unter hohen Temperaturen.
Hohe Genauigkeit, geeignet für die Messung hoher Sauerstoffkonzentrationen.
Es muss auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden, so dass das Instrument langsamer startet und der Energieverbrauch höher ist.
Optische Methode (UV-Absorption, Infrarot-Absorption)
Die optische Methode verwendet die Absorptionseigenschaften von Gasen für Licht mit verschiedenen Wellenlängen, um die Sauerstoffkonzentration zu messen.
UV-Absorption:
Sauerstoff hat eine bestimmte Absorptionswellenlänge im UV-Bereich, und unter Verwendung der Absorption von UV-Licht kann die Sauerstoffkonzentration berechnet werden.
Diese Methode eignet sich für die Detektion von niedrigen Sauerstoffkonzentrationen und ist nicht von anderen Gasen beeinflusst.
Infrarot Absorptionsmethode:
Obwohl Sauerstoff selbst im Infrarotbereich weniger absorbiert wird, kann die Infrarotabsorptionsmethode verwendet werden, um das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration in einem Gas zu anderen Gasen wie Kohlendioxid, Methan usw. zu messen, in der Regel in Kombination mit anderen Gasen.
Eigenschaften:
Hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit.
Es wird nicht von Störgasen beeinflusst, aber die Anforderungen an die Ausrüstung sind höher und komplexer.
Geeignet für die Analyse niedriger Sauerstoffkonzentrationen.
Fourier-Transformationsinfrarotspektrometrie (FTIR)
Die Fourier-Transformation-Infrarot-Spektrologie verwendet die Absorptionseigenschaften des Gases im Infrarot-Spektrum, um die Sauerstoffkonzentration durch spektrale Analyse zu bestimmen.
Arbeitsprinzip:
Sauerstoffmoleküle absorbieren Infrarotstrahlung mit bestimmten Wellenlängen und verwenden die Fourier-Transformationstechnik, um die Spektra zu analysieren, um die Sauerstoffkonzentration in einem Gas zu messen, abhängig von der Intensität der Gasabsorption.
Eigenschaften:
Mit hoher Genauigkeit können mehrere Gase gleichzeitig analysiert werden.
Die Messung der Sauerstoffkonzentration ist sehr genau, aber die Geräte sind komplexer und preiswerter.
6. Verhältnisgewichtsmethode (Verhältnisgewichtsmethode)
Die Weighierungsmethode berechnet die Sauerstoffkonzentration durch Messung der Differenz zwischen Sauerstoff und Luft.
Arbeitsprinzip:
Der Anteil an Sauerstoff ist kleiner als der Luft, auf der Grundlage dieses Prinzips kann die Konzentration des Sauerstoffs berechnet werden, indem die Differenz im Gewicht des Gases gemessen wird.
Eigenschaften:
Geeignet für Sauerstoffanalysen mit niedrigen Konzentrationen, aber mit geringerer Empfindlichkeit.
Es wird zum schnellen Erkennen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre verwendet.