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，這種反應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。那么環境壓力改變后，在環境中氧的百分比濃度恒定的情況下，氧分壓會隨之發生改變，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。即壓力脈沖可能導致氧讀數增強或減弱。一旦脈沖停止，這種波動就會穩定下來。隔膜泵，特別是與處理量程氣和零氣的取樣系統中的閥門一起時，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。這些可以優化傳感器性能，大幅度地減少了取樣系統中壓力波動的干擾。

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）對設備和操作員都構成風險。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、減壓閥或壓力調節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，并相應地進行校準。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。這種方法有助于優化環境，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，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Z低壓力。

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