Oksijen konsantrasyonu referans gaz (hava) > numune gazı olduğunda
Şekil 3: Zirkonyum oksit yönteminde bir konsantrasyon hücresi tipine dayalı bir oksijen gazı analizörünün yapısı ve çalışma prensibi
Denklem 1: Nernst denklemi
Katı elektrolit zirkonya elementleri, yüksek sıcaklık koşullarında oksijen iyonları için iletkenliğe sahiptir.
Her iki tarafına platin elektrotlar takılmış bir zirkonya elemanı 400 derecenin üzerine ısıtıldığında ve farklı oksijen konsantrasyonuna sahip her bir gaz her iki tarafa temas ettiğinde, bir hücreye benzer bir reaksiyonla "elektromotor kuvveti" üretilir.
Buna oksijen konsantrasyon hücresi denir.
Yüksek oksijen konsantrasyonuna sahip elektrot tarafında, oksijen molekülleri elektron kazanır ve zirkonya elementinden diğer elektrot tarafına ulaşan oksijen iyonları haline gelir, burada elektronları serbest bırakır ve oksijen moleküllerine geri döner. Her iki taraftaki oksijen konsantrasyonundaki fark ne kadar büyükse, elektromotor kuvveti o kadar büyük olur.
Zirkonyum oksit elementinin sıcaklığı ısıtıldıkça elektromotor kuvveti artar. Bu elektromotor kuvveti ve zirkonya elemanının sıcaklığı ölçülerek, numune gazındaki oksijen konsantrasyonu elde edilebilir.
Bu elektrokimyasal reaksiyonların sırası Nernst denklemi ile temsil edilir (Denklem 1).
Oksijen konsantrasyonu referans gaz (hava) > numune gazı olduğunda
Şekil 3: Zirkonyum oksit yönteminde bir konsantrasyon hücresi tipine dayalı bir oksijen gazı analizörünün yapısı ve çalışma prensibi
Denklem 1: Nernst denklemi
Isıtılmış bir zirkonya elemanının her iki tarafındaki elektrotlar arasına elektrik akımı uygulandığında, oksijen iyonları elektrotlar arasında hareket eder ve oksijen, bir elektrottan diğerine pompalama hareketi ile taşınır. Bu elektrokimyasal eyleme oksijen pompalama eylemi denir ve pompalama etkisiyle taşınan oksijen miktarı uygulanan akımla orantılıdır.
Oksijen pompalama eylemi, gaz difüzyon delikleri tarafından kısıtlanan gaz difüzyon odasında gerçekleştirildiğinde, zirkonya elemanına uygulanan voltaj arttırılsa bile akım zirkonya elemanına rağmen sabit bir değer tutar. Bu sabit akıma sınırlayıcı akım denir. Bu sınırlayıcı akım, numune gazındaki oksijen konsantrasyonu ile orantılıdır, bu nedenle oksijen konsantrasyonu, sınırlayıcı akım ölçülerek ölçülebilir.
Analizörün yapısal özelliği, zirkonya elemanına yerleştirilmiş bir numune gazı difüzyon odası, referans gaz odası, elektrotlar ve gaz difüzyon deliklerinin ve tüm zirkonya elemanının bir ısıtıcı tarafından sürekli olarak ısıtılmasıdır. (Şekil 4-1)
Bu yapı ve aşağıdaki işlemler kullanılarak, oksijen konsantrasyonu, bir oksijen konsantrasyon hücresi ve bir sınırlayıcı akımın kombinasyon yöntemi ile ölçülebilir. (Şekil 4-2, Şekil 4-3, Şekil 4-4)
Şekil 4-1: Zirkonyum oksit yönteminde sınırlayıcı akım tipi kullanılarak oksijen analizörünün yapısı.
Şekil 4-2: Oksijen pompalama işlemi
Numune gazı difüzyon odasındaki oksijenin bir kısmını oksijen pompalama hareketi ile referans gaz odasına aktarmak için elektrotlar 3 ve 4 arasına akım (IP-34) uygulanır ve referans gaz odası %100 oksijen konsantrasyonu ile doldurulur.
Oksijen pompalama işlemi için gerekli olan akıma pompalama akımı denir. (Şekil 4-2)
Şekil 4-3: Konsantrasyon hücresi oluşturma
Aynı zamanda, elektrotlar 1 ve 2 arasına bir pompalama akımı (IP-12) uygulanır ve numune gazı difüzyon odasındaki oksijen, numune gazı difüzyon odasındaki oksijen konsantrasyonunu %0'a düşürmek için oksijen pompalama hareketi ile dışarıya atılır.
Bu, referans odası ile numune gazı difüzyon odası arasında sabit bir elektromotor kuvveti (350 mV) üreten bir zirkonya konsantrasyon hücresi oluşturur.
Gaz difüzyon odasındaki %0 ve referans gaz odasındaki %100 oksijen konsantrasyonu, analizör için referans koşulunu oluşturur. (Şekil 4-3)
Şekil 4-4: Akımı sınırlayarak oksijen konsantrasyonu ölçümü
Harici numune gazı ile numune gazı difüzyon odasındaki oksijen arasında bir konsantrasyon farkı varsa, numune gazı, gaz difüzyon deliklerinden numune gazı difüzyon odasına akar ve oksijen yayılır.
Dağınık oksijen konsantrasyonuna karşılık gelen bir pompalama akımı (IP-12) uygulanır ve tüm oksijen, Şekil 0-4'te gösterilen referans koşulunu her zaman koruyarak oksijen pompalama hareketi ile dışarıya (%3 oksijen konsantrasyonu) dışarı atılır.
Bu durumu koruyan sabit akıma sınırlayıcı akım (limit) denir.
Sınırlayıcı akım, gaz difüzyon deliklerinden akan oksijen konsantrasyonu ile orantılı olduğundan, oksijen konsantrasyonu, sınırlayıcı akımın tespit edilmesiyle ölçülür. (Şekil 4-4)
Zirkonyum oksit yöntemine sahip gaz analizörleri doğrudan ölçüm noktalarına yerleştirilebilir ve ısıl işlem fırınlarında, endüstriyel fırınlarda, motorlarda, kazanlarda ve doğrudan ölçümle hızlı tepki süresi gerektiren diğer tesislerde oksit ölçümü kullanılabilir. Ayrıca, zirkonyum oksit yöntemi gaz analizörü, dedektörün sensöründe hareketli parça içermeyen basit bir yapıya sahiptir, bu da onu titreşimin etkilerine karşı oldukça dirençli hale getirir ve titreşimli ölçüm noktalarında kullanılmasına olanak tanır.
İçindekiler
Sürekli gaz analizörlerinin ölçüm prensibi açıklamalarının bir listesi için buraya tıklayın
Herhangi bir sorunuz veya isteğiniz mi var? Uzmanlarımızla iletişime geçmek için bu formu kullanın.
