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氧分仪能否测混合气体

氧分仪的核心功能就是测量混合气体中的氧气含量。

绝大多数氧分仪测量的并不是氧气的“浓度”，而是氧气的“分压”。

一、核心原理：为什么氧分仪能测混合气体？

1.扩散作用：混合气体中的氧气分子通过一个屏障（渗透膜）扩散到传感器内部。

2.电化学反应：氧气在传感器的阴极发生还原反应，与电解液（通常是碱性溶液）以及阳极（通常是铅Pb）发生化学反应，产生一个微弱的电流。

3.电流与分压成正比：根据法拉第定律和气体定律，这个电流的大小正比于参与反应的氧气分子的数量，而氧气分子的数量又直接正比于氧气在混合气体中的分压。

什么是分压？

根据道尔顿分压定律，混合气体的总压等于各组分气体分压之和。氧气的分压 = 混合气体总压 × 氧气的体积浓度（摩尔分数）。

结论：氧分仪通过测量氧气的分压，可以直接反映出它在混合气体中的含量。只要气体总压已知，就可以换算出氧气的体积浓度。

二、氧分仪的典型应用场景

氧分仪广泛应用于需要监测或控制混合气体中氧气含量的场合：

1.惰性气体保护：

热处理行业：监测渗碳、淬火、退火等工艺炉膛中的氮气、氩气等保护气中的氧含量，防止工件氧化。

电子行业：在半导体制造中，监测保护气体中的微量氧。

食品包装：监测包装内充入的氮气/二氧化碳混合气体中的残氧量，以保鲜防腐。

2.燃烧控制与环保：

锅炉、窑炉：测量烟气（主要是N2、CO2、H2O、O2及少量SO2、NOX的混合气体）中的氧含量，用于优化燃烧，节约燃料，减少排放。

3.医疗与生命科学：

麻醉机、呼吸机、婴儿保温箱：精确监测供给病人的呼吸气体（氧气、空气、笑气等的混合气体）中的氧浓度。

发酵罐：监测发酵过程中通气（空气）的氧含量，保证微生物生长。

4.化工与空分行业：

三、重要注意事项和局限性

虽然氧分仪能测混合气体，但在某些情况下需要特别注意：

1.背景气体的影响：

惰性气体：如N2、Ar、He等，对测量基本无影响。

腐蚀性气体：如SO2、Cl2、H2S、NOX等，会毒化、腐蚀传感器，大幅缩短其寿命。必须在前端加装化学过滤器将其去除。

酸性气体：如CO2，会与传感器内的碱性电解液发生中和反应，消耗电解液，缩短传感器寿命。对于高浓度CO2环境，需要选择特殊型号的传感器或采取预处理措施。

可燃性气体：如H2、CH4、CO等，它们可能会在传感器内部发生反应，导致读数偏高（因为它们消耗了传感器阳极的材料，产生了额外的电流）。

重组型氧分析仪：对于含有可燃气体的背景气，应选用基于氧化锆原理的“重组型”氧分析仪，它专门用于此类工况。

2.压力与流量影响：

压力：氧分仪的读数与气体绝对压力成正比。如果过程压力波动，必须进行压力补偿，否则测量值会不准。

流量：传感器需要稳定的流量以保证响应速度并防止环境空气倒灌。通常需要安装流量计和稳压阀来控制样品气的流量。

3.传感器寿命：

氧电池是一种消耗品。其寿命与暴露的氧气分压（浓度）和环境温度直接相关。氧气分压越高，温度越高，传感器消耗越快。在测量高浓度氧气时，寿命会显著缩短。

只要混合气体中的背景气体不会损坏传感器或引起交叉干扰，氧分仪就能准确可靠地测量其中的氧气含量。 在选型和应用时，务必提供完整的气体成分和工况条件给供应商，以确保选择最合适的仪器和预处理方案。