เมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนเป็นก๊าซอ้างอิง (อากาศ) > ก๊าซตัวอย่าง
รูปที่ 3: โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซออกซิเจนตามชนิดเซลล์ความเข้มข้นในวิธีเซอร์โคเนียมออกไซด์
สมการ 1: สมการ Nernst
ธาตุเซอร์โคเนียอิเล็กโทรไลต์ของแข็งมีคุณสมบัติเป็นสื่อนำไอออนออกซิเจนภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง
เมื่อองค์ประกอบของเซอร์โคเนียที่มีอิเล็กโทรดแพลตตินัมติดอยู่ทั้งสองด้านถูกให้ความร้อนเกินกว่า 400 องศาและก๊าซแต่ละชนิดที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนต่างกันสัมผัสทั้งสองด้าน จะเกิด "แรงเคลื่อนไฟฟ้า" จากปฏิกิริยาที่คล้ายกันในเซลล์
สิ่งนี้เรียกว่าเซลล์ความเข้มข้นของออกซิเจน
ในด้านอิเล็กโทรดที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนสูง โมเลกุลออกซิเจนจะรับอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนออกซิเจน ซึ่งจะไปถึงด้านอิเล็กโทรดอีกด้านผ่านองค์ประกอบเซอร์โคเนีย ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยและกลับสู่โมเลกุลออกซิเจน ยิ่งความเข้มข้นของออกซิเจนแตกต่างกันมากทั้งสองด้าน แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้น
แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิขององค์ประกอบเซอร์โคเนียมออกไซด์ถูกให้ความร้อน โดยการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้และอุณหภูมิขององค์ประกอบเซอร์โคเนีย เราจึงสามารถหาความเข้มข้นของออกซิเจนในก๊าซตัวอย่างได้
ลำดับของปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าเหล่านี้แสดงโดยสมการ Nernst (สมการ 1)
เมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนเป็นก๊าซอ้างอิง (อากาศ) > ก๊าซตัวอย่าง
รูปที่ 3: โครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซออกซิเจนตามชนิดเซลล์ความเข้มข้นในวิธีเซอร์โคเนียมออกไซด์
สมการ 1: สมการ Nernst
เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองด้านขององค์ประกอบเซอร์โคเนียที่ได้รับความร้อน ไอออนออกซิเจนจะเคลื่อนที่ระหว่างอิเล็กโทรด และออกซิเจนจะถูกเคลื่อนย้ายโดยการสูบจากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรดหนึ่ง การกระทำทางเคมีไฟฟ้านี้เรียกว่าการสูบออกซิเจน และปริมาณออกซิเจนที่ถูกเคลื่อนย้ายโดยการสูบนั้นจะแปรผันตามกระแสไฟฟ้าที่ส่งไป
เมื่อทำการสูบออกซิเจนในห้องกระจายก๊าซที่จำกัดด้วยรูกระจายก๊าซ กระแสไฟฟ้าจะคงค่าคงที่แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับองค์ประกอบเซอร์โคเนียจะเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าคงที่นี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้าจำกัด กระแสไฟฟ้าจำกัดนี้เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของออกซิเจนในก๊าซตัวอย่าง ดังนั้นจึงสามารถวัดความเข้มข้นของออกซิเจนได้โดยการวัดกระแสไฟฟ้าจำกัด
คุณลักษณะทางโครงสร้างของเครื่องวิเคราะห์คือมีห้องกระจายก๊าซตัวอย่าง ห้องกระจายก๊าซอ้างอิง อิเล็กโทรด และรูกระจายก๊าซที่สร้างไว้ในองค์ประกอบเซอร์โคเนีย และองค์ประกอบเซอร์โคเนียทั้งหมดได้รับความร้อนจากเครื่องทำความร้อนอย่างต่อเนื่อง (รูปที่ 4-1)
การใช้โครงสร้างนี้และการดำเนินการต่อไปนี้ สามารถวัดความเข้มข้นของออกซิเจนได้ด้วยวิธีการผสมผสานของ เซลล์ความเข้มข้นของออกซิเจน และ กระแสจำกัด (รูปที่ 4-2, รูปที่ 4-3, รูปที่ 4-4)
รูปที่ 4-1: โครงสร้างเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนแบบใช้กระแสจำกัดในวิธีเซอร์โคเนียมออกไซด์
รูปที่ 4-2: การทำงานของการสูบออกซิเจน
กระแสไฟฟ้า (IP-34) จะถูกจ่ายระหว่างอิเล็กโทรด 3 และ 4 เพื่อถ่ายโอนออกซิเจนบางส่วนในห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่างไปยังห้องแก๊สอ้างอิงโดยมี การทำงานของปั๊มออกซิเจน และห้องแก๊สอ้างอิงจะถูกเติมด้วยความเข้มข้นของออกซิเจน 100%
กระแสไฟฟ้าที่ต้องการในการสูบออกซิเจนเรียกว่ากระแสการสูบ (รูปที่ 4-2)
รูปที่ 4-3: การสร้างเซลล์ความเข้มข้น
ในเวลาเดียวกัน กระแสการสูบ (IP-12) จะถูกจ่ายระหว่างอิเล็กโทรด 1 และ 2 และออกซิเจนในห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่างจะถูกระบายออกสู่ภายนอกโดย การสูบออกซิเจน เพื่อลดความเข้มข้นของออกซิเจนในห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่างให้เหลือ 0%
การกระทำดังกล่าวจะสร้างเซลล์ความเข้มข้นของเซอร์โคเนียระหว่างห้องอ้างอิงและห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่าง โดยสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าคงที่ (350 mV)
ความเข้มข้นของออกซิเจน 0% ในห้องกระจายก๊าซและ 100% ในห้องก๊าซอ้างอิงจะสร้างสภาวะอ้างอิงสำหรับเครื่องวิเคราะห์ (รูปที่ 4-3)
รูปที่ 4-4: การวัดความเข้มข้นของออกซิเจนโดยการจำกัดกระแส
หากมีความแตกต่างของความเข้มข้นระหว่างก๊าซตัวอย่างภายนอกกับออกซิเจนในห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่าง ก๊าซตัวอย่างจะไหลเข้าไปในห้องแพร่กระจายก๊าซตัวอย่างผ่านรูแพร่กระจายก๊าซ และออกซิเจนจะแพร่กระจาย
กระแสการสูบ (IP-12) ที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของออกซิเจนที่แพร่กระจายจะถูกนำมาใช้ และออกซิเจนทั้งหมดจะถูกขับออกสู่ภายนอก (ความเข้มข้นของออกซิเจน 0%) โดย การสูบออกซิเจน โดยรักษาสภาวะอ้างอิงที่แสดงในรูปที่ 4-3 ไว้ตลอดเวลา
กระแสคงที่ที่รักษาสถานะนี้เรียกว่ากระแสจำกัด (ขีดจำกัด)
เนื่องจากกระแสจำกัดนั้นเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของออกซิเจนที่ไหลเข้ามาผ่านรูแพร่กระจายของก๊าซ จึงวัดความเข้มข้นของออกซิเจนโดยการตรวจจับกระแสจำกัด (รูปที่ 4-4)
เครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่ใช้วิธีการเซอร์โคเนียมออกไซด์สามารถเสียบเข้ากับจุดวัดได้โดยตรง และใช้การวัดออกไซด์ในเตาเผาเพื่อการอบชุบ เตาอุตสาหกรรม เครื่องยนต์ หม้อไอน้ำ และสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ ที่ต้องการเวลาตอบสนองที่รวดเร็วจากการวัดโดยตรง นอกจากนี้ เครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่ใช้วิธีการเซอร์โคเนียมออกไซด์ยังมีโครงสร้างที่เรียบง่าย โดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในเซ็นเซอร์ของเครื่องตรวจจับ ทำให้ทนทานต่ออิทธิพลของการสั่นสะเทือนได้ดี จึงสามารถใช้ในจุดวัดที่มีการสั่นสะเทือนได้
สารบัญ
คลิกที่นี่เพื่อดูรายการคำอธิบายหลักการวัดของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบต่อเนื่อง
คุณมีคำถามหรือคำขอใดๆ หรือไม่? ใช้แบบฟอร์มนี้เพื่อติดต่อผู้เชี่ยวชาญของเรา
