壓力對電化學氧傳感器的影響

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壓力對電化學氧傳感器的影響

來源：廣州微卓測控科技有限公司 2024年08月05日 09:45

電化學氧傳感器由膜、陽極、陰極、電解液和測量電路組成。當氧通過膜擴散到電解液中時，它會在陰極和陽極之間引起化學反應(yīng)，這種反應(yīng)引起的電流與樣氣中存在的氧量成正比。在這個過程中氧濃度是通過電流、氧分子的消耗率以及擴散速度、氧分壓之間的關(guān)系獲得的。故電化學氧傳感器一般是在正常的大氣壓下測量環(huán)境中和流動氣體中的氧分壓。

在常壓下，氧分壓與氧的百分比濃度成比例，由此測量氧分壓就能得到氧含量。那么環(huán)境壓力改變后，在環(huán)境中氧的百分比濃度恒定的情況下，氧分壓會隨之發(fā)生改變，這樣電化學氧濃度傳感器就無法準確地進行氧濃度測量。

壓力脈沖對信號輸出的影響

泵偶爾會產(chǎn)生壓力脈沖，這會增加或減少樣氣中的氧分壓來影響氧讀數(shù)。即壓力脈沖可能導致氧讀數(shù)增強或減弱。一旦脈沖停止，這種波動就會穩(wěn)定下來。隔膜泵，特別是與處理量程氣和零氣的取樣系統(tǒng)中的閥門一起時，會瞬間將壓力增加1.6psig并引入滯留空氣，導致氧氣讀數(shù)短暫急升。由于氧是被迫進入傳感器，在陽極氧化之前緩慢溶解并穿過電解液，脈沖變化帶來的影響的恢復時間會呈指數(shù)級增長。

通過在泵和傳感器之間使用儲液器（如過濾器外殼）有助于減輕這些脈沖。另外，建議使用高質(zhì)量的泵，將泵放置在傳感器的下游，最大抽吸量小于8.5mmHg，并在入口閥后進入傳感器前安裝旁通閥。這些可以優(yōu)化傳感器性能，大幅度地減少了取樣系統(tǒng)中壓力波動的干擾。

物理損壞

突然的壓力變化會對傳感器造成物理損壞，可能刺穿擴散膜和陰極層，導致電解液泄漏。這種腐蝕性電解液（作用于XLT傳感器的堿或酸）對設(shè)備和操作員都構(gòu)成風險。盡管有針閥和壓力調(diào)節(jié)器，傳感器壓力的突然變化仍可能對傳感器造成物理損壞。

為了緩和突然的壓力變化，可以使用針閥、減壓閥或壓力調(diào)節(jié)器來緩慢升高和降低傳感器中的壓力。

不過電解液泄漏到取樣管或過程中的情況很少見，除非使傳感器受到異常高的壓力。

對流量的影響

樣氣壓力影響流速：確保樣氣排氣壓力低于進氣壓力，以使氧傳感器外殼中的流量正常。理想情況下，樣氣應(yīng)排入大氣中或在大氣壓下放入管中。測量火炬氣時，將裝置可在高達0.5barg的壓力下運行，并相應(yīng)地進行校準。使用背壓調(diào)節(jié)器保持恒定壓力。

為了控制排氣，在氧傳感器下游安裝一個背壓調(diào)節(jié)器，可以在高于大氣壓的壓力下控制樣氣排放到火炬管。例如：如果火炬管在7.5psig的壓力下運行，逐漸將背壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)至8.0psig可確保樣氣從分析儀中有效排出。這種方法有助于優(yōu)化環(huán)境，同時保持運營效率。

AII電化學氧傳感器能夠承受流量變化（1-5SCFH，取決于具體產(chǎn)品型號），以及AII的 Pico-Ion 傳感器由于流量敏感性需要流量控制器和限流器，而不是閥門。過大的流速和直徑為1/8"的管道（使用直徑為1/4"的管道，流量高達50升/分鐘，可保持精度）會導致背壓和錯誤的高讀數(shù)，從而可能損壞傳感器。

此外，在使用中，為了保持氧分析儀的測量穩(wěn)定性和可靠性，還應(yīng)遵循以下原則：

1.校準氧分析儀，使其盡可能接近樣氣的溫度和壓力;

2.在設(shè)置流量控制閥之前，將調(diào)節(jié)器設(shè)置在樣氣預(yù)期的Z低壓力。

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