氧氣分析儀是一種工業(yè)在線過程分析儀表，不僅廣泛應(yīng)用于加熱爐、化學(xué)反應(yīng)容器、地井、工業(yè)制氮等場合中混合氣體內(nèi)氧氣濃度的檢測,還大量用于鍋爐內(nèi)水中溶解氧、污水處理裝置外排水溶解氧的檢測。那么氧氣分析儀的測量原理都有哪幾種呢？
(1)熱磁式氧分析儀
其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體)，在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強(qiáng)處。在該處設(shè)有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成“熱磁對流”或“磁風(fēng)”現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風(fēng)大小就可測得氣樣中氧氣含量。
由于熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個(gè)橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風(fēng)的作用下出現(xiàn)溫度梯度，即進(jìn)氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應(yīng)的電壓值。
(2)氧化鋯傳感器式氧分析儀
氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷，一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體，當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí)，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有7%的體積收縮;當(dāng)溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO2就會破裂。因此，純凈的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料，這時(shí)，四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換，同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴，所以ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過空穴的運(yùn)動而導(dǎo)電，當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。
在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個(gè)鉑電極，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí)，氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移，結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電，因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時(shí)只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數(shù))，則另一側(cè)氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。
(3)燃料電池法氧分析儀
燃料電池法氧分析儀采用*密封的燃料池氧傳感器是當(dāng)前國際上Z先進(jìn)的測氧方法之一。燃料池氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構(gòu)成，浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。
KOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進(jìn)入傳感器，因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴(kuò)散到氧電極中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流決定于擴(kuò)散到氧電極的氧分子數(shù)，而氧的擴(kuò)散速率又正比于樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號大小只與樣氣中的氧含量相關(guān)，而與通過傳感器的氣體總量無關(guān)。通過外部電路的連接，反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參加反應(yīng)的氧成正比例關(guān)系。
采用此方法進(jìn)行測氧，可以不受被測氣體中還原性氣體的影響，免去了許多的樣氣處理系統(tǒng)。它比老式“金網(wǎng)-鉛”原電池測氧更快速，不需要漫長的開機(jī)吹除過程，“金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致儀器的維護(hù)量很大，而燃料電池法樣氣不直接進(jìn)入溶液中，傳感器可以非常穩(wěn)定可靠的工作很長時(shí)間。事實(shí)上，燃料電池氧傳感器是*免維護(hù)的。
(4)電化學(xué)式氧氣分析儀
一種化學(xué)類的氣體分析儀表。它根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。為了提高選擇性，防止測量電極表面玷污和保持電解液性能，一般采用隔膜結(jié)構(gòu)。
常用的電化學(xué)式分析儀有定電位電解式和伽伐尼電池式兩種。定電位電解式分析儀的工作原理是在電極上施加特定電位，被測氣體在電極表面就產(chǎn)生電解作用，只要測量加在電極上的電位，即可確定被測氣體*的電解電位，從而使儀表具有選擇識別被測氣體的能力。
伽伐尼電池式分析儀是將透過隔膜而擴(kuò)散到電解液中的被測氣體電解，測量所形成的電解電流，就能確定被測氣體的濃度。通過選擇不同的電極材料和電解液來改變電極表面的內(nèi)部電壓從而實(shí)現(xiàn)對具有不同電解電位的氣體的選擇性。
