In English

Циркониевая технология

Цирконевую технологию используют для анализа содержания кислорода на процентном уровне в дымовых газах. В других процессах с её помощью измеряют концентрацию кислорода на О следовом уровне говорят, когда неудобно пользоваться процентами для выражения количества определяемого вещества. Как правило, если значение измеряемого параметра ниже 1 %, то удобнее пользоваться иными единицами (градусы температуры точки росы, ppmV, г/м3).следовом уровне.

Диоксид циркония ZrO2 обладает уникальным свойством: при температурах свыше 500 °C вещество, легированное оксидами иттрия или кальция, становится проницаемым для ионов кислорода. Если газы с различным парциальным давлением кислорода разделить перегородкой из диоксида циркония, то в кристаллической решётке пластинки возникнет поток ионов кислорода. Поток направлен в сторону газа с меньшим парциальным давлением кислорода и создаёт на противоположных сторонах пластинки разность потенциалов. Данное свойство диоксида циркония используется для измерения концентрации кислорода в газах.

Принцип действия циркониевой технологии

Диск из диоксида циркония выступает в качестве разделителя между исследуемым и опорным газом (обычно — воздухом), к каждой стороне диска подведены электроды из платины. При нагревании диска возникает электродвижущая сила, величина которой зависит от различия в концентрациях кислорода по разные стороны диска. Её значение пропорционально логарифму отношения парциального давления кислорода в исследуемом и опорном газе (формула Нернста):

ε = RT4F ln P2P1

  • R — универсальная газовая постоянная,
  • T — температура,
  • F — постоянная Фарадея,
  • P2 — парциальное давление кислорода в опорном газе, 
  • P1 — в исследуемом.

Циркониевая технология позволяет устанавливать измерительную ячейку непосредственно в высокотемпературный процесс, анализ не требует дорогостоящих систем отбора и подготовки пробы. Эта технология используется в приборе «Флюгаз» — «зондовом» анализаторе, предназначеном для контроля процессов горения.

Как видно из формулы Нернста, выходной сигнал увеличивается с уменьшением концентрации кислорода в исследуемом газе. Это позволяет измерять концентрацию кислорода на следовом уровне в чистых газах.

Недостатком технологии является ощутимая погрешность, связанная с возможным догоранием и окислением на поверхности ячейки таких компонентов, как H2, CH4 или CO. В присутствии катализатора (платиновых электродов) эти газы проявляют сильные восстановительные свойства, они связывают кислород на поверхности ячейки и искажают показания прибора. Поэтому для такого типа измерений используются ячейки с золотыми электродами и более низкой рабочей температурой. К сожалению, из-за низкого сродства золотак диоксиду циркония они менее устойчивы к механическим повреждениям и загрязнениям. Отчасти эта проблема решается на стадии проектировки системы подготовки пробы. Для измерения следового кислорода в горючих смесях используется электрохимическая технология.

Преимущества:

  • устойчивость к «кислородному шоку»,
  • скорость работы намного выше, чем при электрохимическом анализе,
  • возможность проведения измерений во «влажной» среде (в газах с температурой точки росы до 180 °C).

В приборе

Ссылки

Описание циркониевых датчиков на сайте компании «Альфа Омега Инструментс»