Обзор анализаторов кислорода Systech-Illinois

Контроль содержания кислорода в различных процессах является наиболее распространенной задачей в области газового анализа. Это важно как для обеспечения безопасности производства, так и контроля качества продукции. Значение концентрации кислорода требуется в различных отраслях промышленности: химическая, нефтехимическая, фармацевтическая, металлургия, электроника, пищевая, научная деятельность и др.

ООО “ТоррЭС” является официальным представителем компании Systech-Illinois (Великобритания-США), производителя анализаторов кислорода, в которых используется одна из трёх технологий: электрохимическая, циркониевая и парамагнитная.

В этой статье мы расскажем Вам о принципе действия различных анализаторов кислорода Systech-Illinois, покажем их преимущества и недостатки.

Электрохимический анализатор кислорода – EC900, ЕС91, ЕС92DIS

Принцип действия электрохимического анализатора заключается в следующем: кислород из пробы проникает в электрохимический сенсор, представляющей собой ёмкость с раствором электролита с электродами (анодом и катодом), и вступает в химическую реакцию, производя электрический токовый сигнал, пропорциональный концентрации кислорода в пробе газа. Эта реакция характерна только для кислорода и не подвергается влиянию присутствующих окисляемых газов (диоксида углерода, метана, водорода и др.). Электрический сигнал, полученный в электрохимическом сенсоре, усиливается и отображается на цифровом или аналоговом выходном измерительном устройстве.

Высокая точность и быстрый отклик электрохимических анализаторов делают их идеальными для измерения кислорода в водороде, азоте, аргоне, гелии, ацетилене, этилене, бутадиене, углекислом газе и многих других газах. Анализаторы серии EC900 предназначены для анализа как на процентном, так и на следовом уровне.

Главным недостатком электрохимических сенсоров является их восприимчивость к повреждению при работе с пробами, содержащими «кислые» газы, такие как сероводород, хлористый водород, двуокись серы и т.д. Если такие газы анализируются, то сокращается срок службы датчика. При нормальной эксплуатации срок службы электрохимического датчика составляет примерно 3-5 лет, после чего необходима его замена, которая не требует значительных расходов.

Циркониевый анализатор кислорода – ZR800

Анализатор кислорода, который использует этот тип сенсора, иногда называют «высокотемпературным». Циркониевый датчик состоит из керамической трубки из оксида циркония, покрытой пористыми платиновыми электродами на её внутренней и внешней поверхностях. Когда датчик нагревается до температуры выше 600°C, он становится проницаемым для ионов кислорода, а вакансии в структуре его кристаллической решетки обеспечивают их подвижность. Из-за этого датчик становится электролитом, проводящим ионы кислорода.

Электроды обеспечивают каталитическую поверхность для превращения молекул кислорода в ионы кислорода и ионов кислорода в молекулы кислорода. Молекулы кислорода на стороне высококонцентрированного эталонного газа датчика приобретают электроны и становятся ионами, которые попадают в электролит. Одновременно на внутреннем электроде ионы кислорода теряют электроны и высвобождаются с поверхности в виде молекул кислорода. Когда концентрация кислорода на каждой стороне датчика различается, ионы кислорода мигрируют со стороны с высокой концентрацией на сторону с низкой концентрацией. Этот поток ионов создает электронный дисбаланс, в результате чего на электродах возникает постоянное напряжение. Это напряжение является функцией температуры датчика и соотношения парциальных давлений (концентраций) кислорода на каждой стороне датчика. Связь между концентрацией кислорода в исследуемом газе (пробе), концентрацией кислорода в эталонном газе (как правило, воздух, в котором 20.9% кислорода), температурой, выходным напряжением и константой датчика определяется уравнением Нернста:

E(mV) = RT/4F log P2/P1

где R — универсальная газовая постоянная, T — температура циркониевого датчика, F — постоянная Фарадея, P2 — парциальное давление кислорода в воздухе, P1 —парциальное давление кислороде в исследуемом газе.

Преимущества циркониевого анализатора кислорода: циркониевый датчик не требует обслуживания в ходе эксплуатации, быстрое время отклика, широкий диапазон измерений. Главным недостатком циркониевого анализатора кислорода является его непригодность для измерения кислорода в газе, в котором присутствуют сероводород (H₂S), аммиак, агрессивные газы, углеводороды, горючие вещества, водород, окись углерода, NO₂, галогены, галогенированные углеводороды, серосодержащие соединения, соединения, содержащие свинец. Кроме того, датчик может выйти из строя при присутствии в газе паров воды. «Слабым» местом является нагреватель, который используется для нагрева датчика примерно до 800°С.

Парамагнитный анализатор кислорода - PM700

Парамагнитные датчики кислорода являются наиболее точными и надежными средствами для измерения кислорода. Парамагнитная технология основана на том, что большинство газов - диамагнетики, они выталкиваются магнитным полем. Кислород - редкое исключение, проявляет сильные парамагнитные свойства, его магнитная восприимчивость в среднем в пятьдесят раз выше, чем у большинства газов. Абсолютным антиподом кислорода является азот, его магнитная восприимчивость близка к нулю. Свойства этих двух газов лежат в основе ряда «парамагнитных методов» определения концентрации кислорода.

В анализаторах кислорода серии РМ700 используется парамагнитный сенсор. Два постоянных магнита создают неоднородное магнитное поле. В зоне его действия на тонкой нити подвешено гантелевидное тело из двух стеклянных сфер, заполненных азотом. На оси вращения сфер установлено зеркало, на которое направлен пучок света. Отражённый свет направляется на фотоэлемент. Кислород из пробы стремится в точки с максимальной магнитной индукцией и выталкивает сферы, изменение положения сфер фиксируется фотоэлементом. Фотоэлемент в свою очередь связан с катушкой, нить от которой намотана на поперечине гантели. Чем выше сила тока, который требуется подать, чтобы вернуть сферы в исходное положение, тем больше кислорода в пробе.

Парамагнитные анализаторы кислорода обладают характеристиками, необходимыми для особо ответственных измерений. Например, для оценки концентрации кислорода в газах для медицинского применения. Датчики данного типа анализаторов не имеют ограничений по сроку службы в отличие от анализаторов с электрохимическим и циркониевым датчиком. Также для парамагнитных анализаторов кислорода характерна высокая скорость и точность измерений.

К недостатку парамагнитного анализатора можно отнести чувствительность к водяным парам, т.к. вода по своей природе диамагнетик, следовательно, пары воды будут противодействовать парамагнитному эффекту кислорода. Кроме того, парамагнитный анализатор является технически более сложным прибором и, следовательно, более дорогим, чем электрохимический и циркониевый анализаторы.

Если у Вас остались вопросы или Вам интересно узнать о других типах газовых анализаторов Systech, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте hello@torr-es.com или позвоните нам по телефону +7 (812) 207-05-15. Мы будем рады Вам помочь.