Анализаторы кислорода

Измерительные системы анализатора кислорода, их преимущества и недостатки

Измерительная система анализатора кислорода, поставляемого заказчикам в настоящее время, имеет следующие особенности.

Измерительная система циркониевого типа:

• Система ячеек для измерения концентрации: ZR22G/ZR802/ZR402, ZR202G, ZR202S и OX400
• Тип с ограничением по току: OX100 и OX102

Измерительная система парамагнитного типа:

• Парамагнитная система: MG8G и MG8E

Измерительная система с настраиваемым диодным лазером:

• Измерительная система с настраиваемым диодным лазером: TDLS8000, TDLS8100, TDLS8200

Поскольку каждая измерительная система имеет свои преимущества и недостатки, важно выбрать анализатор кислорода, подходящий для конкретной области применения и предполагаемого использования. Ниже приведено описание каждой измерительной системы, а также её преимуществ и недостатков.

.

---

Измерительная система циркониевого типа

Ячейка для измерения концентрации

Твёрдый электролит, такой как диоксид циркония, проявляет селективную проводимость ионов кислорода при высокой температуре. Как показано на рисунке ниже, когда пористые платиновые электроды прикреплены к обеим сторонам нагреваемого элемента из диоксида циркония и газы с разными парциальными концентрациями кислорода контактируют с соответствующими поверхностями диоксида циркония, устройство выполняет функцию ячейки измерения концентрации кислорода. Данное явление приводит к возникновению электродвижущей силы, которая генерируется между обоими электродами согласно уравнению Нернста.

Преимущества

• Можно непосредственно установить в процессе сгорания, например, в дымоходе котла, и не требует использования системы пробоподготовки. При этом сокращается время отклика (ZR22, ZR202)
• Имеется возможность измерения следовой концентрации кислорода (OX400)

Недостатки

• Если проба газа содержит горючий газ, возникает ошибка измерения (выхлопной газ сгорания практически не вызывает проблем по причине его полного сгорания)

Тип с ограничением по току

Как показано на рисунке ниже, если поток кислорода, который направляется в катод циркониевого элемента из диоксида циркония, нагретого до высокой температуры, ограничен, появляется область, в которой ток становится постоянным даже при увеличении приложенного напряжения. Такой ограниченный ток прямо пропорционален концентрации кислорода.

Преимущества

• Возможность измерения следовой концентрации кислорода
• Калибровка требуется только на стороне бокового пролёта (воздух)

Недостатки

• Если проба газа содержит горючий газ, возникает ошибка измерения
• Наличие пыли приводит к засорению отверстий для газовой диффузии со стороны катода; должен быть установлен фильтр (требуется система подготовки пробы)

---

Измерительная система парамагнитного типа

Парамагнитная система

Это один из методов, использующих парамагнитное свойство кислорода. Если проба газа содержит кислород, такой кислород втягивается в магнитное поле, тем самым уменьшая расход вспомогательного газа в потоке В. Разница в расходе потока A и потока B, вызванная эффектом ограничения расхода в потоке B, прямо пропорциональна концентрации кислорода в пробе газа. Скорости потока определяются с помощью термисторов и преобразуются в электрические сигналы, разность которых вычисляется как сигнал от кислорода.

Преимущества

• Способен выполнять измерения в легковоспламеняющихся газовых смесях, в которых не может использоваться циркониевый анализатор кислорода
• Поскольку в секции детектора отсутствует датчик, контактирующий с пробой газа, парамагнитная система также может измерять коррозионные газы
• По сравнению с другими парамагнитная система YOKOGAWA обеспечивает меньшее время отклика
• По сравнению с другими парамагнитная система YOKOGAWA более устойчива к вибрации или ударам

Недостатки

• Требуется наличие пробоотбора и пробоподготовки, соответствующих свойствам или областям применения отбираемого газа

---

Измерительная система с настраиваемым диодным лазером

Измерительная система с настраиваемым диодным лазером

Измерения с помощью настраиваемого диодного лазера (TDL) основаны на абсорбционной спектроскопии. Анализатор TruePeak представляет собой систему на основе TDL и предназначен для измерения количества лазерного света, который поглощается (рассеивается) при прохождении через измеряемый газ. В самой простой форме анализатор TDL состоит из лазера, который создает инфракрасный свет, оптических линз, фокусирующих лазерный свет через измеряемый газ, с последующим направлением на детектор, самого детектора, а также электронных компонентов, которые управляют лазером и преобразуют сигнал детектора в сигнал, представляющий концентрацию газа.
Молекулы газа поглощают свет в определенных цветах, называемых линиями поглощения. Такое поглощение происходит согласно закону Бугера — Ламберта — Бера.
Анализаторы TDL являются эффективными инфракрасными анализаторами, работающими на основе закона Бугера — Ламберта — Бера.

I = Io e-EGL
где I — интенсивность излучения после поглощения
 Io — начальная интенсивность излучения
 E — коэффициент поглощения
 G — концентрация газа
 а L — длина оптического пути

Модель Yokogawa Electric: TDLS8000

Преимущества

• Возможность измерения ряда поглощающих газов ближнего инфракрасного диапазона спектра в жёстких технологических условиях
• Возможность измерения при крайне высокой температуре, высоком давлении и в жёстких условиях (коррозионные и агрессивные среды, среды с высоким содержанием твёрдых частиц)
• В большинстве случаев возможно измерение непосредственно в процессе (in-situ), что позволяет снижать затраты на установку и техническое обслуживание
• Большинство измерений выполняются быстро (5 секунд) и без интерференций

Недостатки

• Требуется первоначальная установка монтажного фланца