電化學(xué)氧傳感器由膜、陽極、陰極、電解液和測量電路組成。當(dāng)氧通過膜擴(kuò)散到電解液中時(shí),它會在陰極和陽極之間引起化學(xué)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(gè)過程中氧濃度是通過電流、氧分子的消耗率以及擴(kuò)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,氧分壓會隨之發(fā)生改變,這樣電化學(xué)氧濃度傳感器就無法準(zhǔn)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(dǎo)致氧讀數(shù)增強(qiáng)或減弱。一旦脈沖停止,這種波動(dòng)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(shí),會瞬間將壓力增加1.6psig并引入滯留空氣,導(dǎo)致氧氣讀數(shù)短暫急升。由于氧是被迫進(jìn)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(fù)時(shí)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(jìn)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(dòng)的干擾。
(二)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(kuò)散膜和陰極層,導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)。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。
(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(yīng)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(dá)0.5barg的壓力下運(yùn)行,并相應(yīng)地進(jìn)行校準(zhǔn)。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(gè)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(yùn)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(shí)保持運(yùn)營效率。
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。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(dá)50升/分鐘,可保持精度)會導(dǎo)致背壓和錯(cuò)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(zhǔn)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)期的低壓力。