電化學(xué)氧傳感器由膜、陽(yáng)極、陰極、電解液和測量電路組成。當氧通過(guò)膜擴散到電解液中時(shí),它會(huì )在陰極和陽(yáng)極之間引起化學(xué)反應,這種反應引起的電流與樣氣中存在的氧量成正比。在這個(gè)過(guò)程中氧濃度是通過(guò)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(xué)氧傳感器一般是在正常的大氣壓下測量環(huán)境中和流動(dòng)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(huì )隨之發(fā)生改變,這樣電化學(xué)氧濃度傳感器就無(wú)法準確地進(jìn)行氧濃度測量。
(一)壓力脈沖對信號輸出的影響
泵偶爾會(huì )產(chǎn)生壓力脈沖,這會(huì )增加或減少樣氣中的氧分壓來(lái)影響氧讀數。即壓力脈沖可能導致氧讀數增強或減弱。一旦脈沖停止,這種波動(dòng)就會(huì )穩定下來(lái)。隔膜泵,特別是與處理量程氣和零氣的取樣系統中的閥門(mén)一起時(shí),會(huì )瞬間將壓力增加1.6psig并引入滯留空氣,導致氧氣讀數短暫急升。由于氧是被迫進(jìn)入傳感器,在陽(yáng)極氧化之前緩慢溶解并穿過(guò)電解液,脈沖變化帶來(lái)的影響的恢復時(shí)間會(huì )呈指數級增長(cháng)。
通過(guò)在泵和傳感器之間使用儲液器(如過(guò)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(jìn)入傳感器前安裝旁通閥。這些可以?xún)?yōu)化傳感器性能,大幅度地減少了取樣系統中壓力波動(dòng)的干擾。
(二)物理?yè)p壞
突然的壓力變化會(huì )對傳感器造成物理?yè)p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)對設備和操作員都構成風(fēng)險。盡管有針閥和壓力調節器,傳感器壓力的突然變化仍可能對傳感器造成物理?yè)p壞。
為了緩和突然的壓力變化,可以使用針閥、減壓閥或壓力調節器來(lái)緩慢升高和降低傳感器中的壓力。
不過(guò)電解液泄漏到取樣管或過(guò)程中的情況很少見(jiàn),除非使傳感器受到異常高的壓力。
(三)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(jìn)氣壓力,以使氧傳感器外殼中的流量正常。理想情況下,樣氣應排入大氣中或在大氣壓下放入管中。測量火炬氣時(shí),將裝置可在高達0.5barg的壓力下運行,并相應地進(jìn)行校準。使用背壓調節器保持恒定壓力。
為了控制排氣,在氧傳感器下游安裝一個(gè)背壓調節器,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,逐漸將背壓調節器調節至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(shí)保持運營(yíng)效率。
AII電化學(xué)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(mén)。過(guò)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(huì )導致背壓和錯誤的高讀數,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定性和可靠性,還應遵循以下原則:
1.校準氧分析儀,使其盡可能接近樣氣的溫度和壓力;
2.在設置流量控制閥之前,將調節器設置在樣氣預期的低壓力。