微量氧分析儀的組成部分

微量氧分析儀通常由以下核心部分組成，各組件協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度氧氣的精確測(cè)量：

一、傳感器模塊

傳感器是分析儀的核心部件，直接決定測(cè)量原理和性能。常見類型包括：

電化學(xué)傳感器基于氧化還原反應(yīng)，通過陰極（如鉑 / 金催化層）、陽極（如鉛）和電解液（如氫氧化鉀溶液）組成的原電池或極譜式結(jié)構(gòu)，將氧氣濃度轉(zhuǎn)化為微電流信號(hào)。部分設(shè)計(jì)采用透氧膜（如聚四氟乙烯）控制氣體擴(kuò)散速率，確保線性響應(yīng)。

氧化鋯傳感器利用高溫下（>650℃）氧化鋯陶瓷的氧離子傳導(dǎo)特性。當(dāng)兩側(cè)氧濃度不同時(shí)，產(chǎn)生 Nernst 電勢(shì)，電勢(shì)差與氧濃度對(duì)數(shù)成正比。傳感器包含氧化鋯管、鉑電極及內(nèi)置加熱器 / 熱電偶，用于溫度控制和補(bǔ)償。

激光吸收傳感器（TDLAS）發(fā)射特定波長(zhǎng)激光（如 760nm），通過分析氧氣分子對(duì)激光的吸收光譜，結(jié)合溫度 / 壓力修正算法，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。模塊包括半導(dǎo)體激光器、光電探測(cè)器及光譜分析單元。

熒光法傳感器基于熒光物質(zhì)受激發(fā)后壽命變化原理。LED 光源激發(fā)熒光材料，氧氣通過透氧膜淬滅熒光，通過檢測(cè)熒光衰減時(shí)間計(jì)算氧濃度。該技術(shù)無需電解液，維護(hù)量低。

二、信號(hào)處理單元

負(fù)責(zé)將傳感器輸出的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)換為可讀取的氧濃度值：

模擬信號(hào)調(diào)理：通過高阻抗放大器（如輸入阻抗 > 1012Ω）放大信號(hào)，結(jié)合濾波電路（如低通 / 帶通濾波器）消除噪聲干擾。

模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通常采用 16 位以上高精度轉(zhuǎn)換器以保證分辨率。

數(shù)字處理與算法：微處理器（如單片機(jī)或 DSP）執(zhí)行校準(zhǔn)算法、溫度補(bǔ)償（如根據(jù)熱電偶數(shù)據(jù)修正氧化鋯傳感器的溫度漂移）及線性化處理。部分設(shè)備集成光譜分析算法（如 TDLAS 的二次諧波檢測(cè)）以提升抗干擾能力。

三、顯示與控制界面

提供人機(jī)交互功能：

顯示模塊：采用 LCD 或 LED 屏幕，實(shí)時(shí)顯示氧濃度值、溫度、壓力等參數(shù)，部分支持圖形化界面和趨勢(shì)曲線。

操作輸入：物理按鍵、觸摸屏或遠(yuǎn)程通信接口（如 RS485、HART）用于參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)操作及數(shù)據(jù)查詢。

報(bào)警功能：內(nèi)置閾值比較器，當(dāng)氧濃度超出設(shè)定范圍時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警，并可通過繼電器輸出控制外部設(shè)備。

四、校準(zhǔn)與氣路系統(tǒng)

確保測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

標(biāo)準(zhǔn)氣路：包含標(biāo)準(zhǔn)氣體輸入接口（如高純氮?dú)庥糜诹泓c(diǎn)校準(zhǔn)，含已知氧濃度的混合氣用于量程校準(zhǔn)）、電磁閥及流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)校準(zhǔn)。部分激光分析儀內(nèi)置同位素罐，通過參考光譜消除長(zhǎng)期漂移。

氣路控制：采用高精度比例閥調(diào)節(jié)樣氣流速，確保傳感器工作在最佳條件。對(duì)于高溫或高濕環(huán)境，可能集成伴熱管線和冷凝分離器。

五、電源與供電系統(tǒng)

為分析儀提供穩(wěn)定電力：

主電源：支持 AC 220V 或 DC 24V 輸入，內(nèi)置電源模塊（如開關(guān)電源）實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。

備用電源：部分便攜式設(shè)備配備可充電鋰電池（如 18650 電池組），支持離線工作數(shù)小時(shí)。

六、機(jī)械與防護(hù)結(jié)構(gòu)

保障設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性：

外殼設(shè)計(jì)：采用防爆材料（如鋁合金或不銹鋼），防護(hù)等級(jí)可達(dá) IP65 以上，適用于危險(xiǎn)氣體環(huán)境。

氣路密封：關(guān)鍵連接處使用金屬波紋管、石墨墊片或 O 型圈，確保高溫下泄漏率 < 1×10?? Pa?m3/s。

環(huán)境適應(yīng)性：內(nèi)置溫度控制系統(tǒng)（如加熱帶或風(fēng)扇）維持內(nèi)部組件在工作溫度范圍內(nèi)，部分設(shè)備支持 - 40℃至 85℃寬溫運(yùn)行。

七、輔助功能模塊（可選）

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸：內(nèi)置存儲(chǔ)器（如 EEPROM）記錄歷史數(shù)據(jù)，支持 USB、以太網(wǎng)或無線模塊（如 Wi-Fi）將數(shù)據(jù)上傳至云端或 DCS 系統(tǒng)。

預(yù)處理系統(tǒng)：針對(duì)高粉塵或腐蝕性樣氣，集成多級(jí)過濾（如燒結(jié)碳濾芯、PP 棉濾芯）、洗滌罐（如柴油 / 氫氧化鈉溶液）及反吹裝置（如蒸汽吹掃）。

總結(jié)

微量氧分析儀通過傳感器將氧濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元解算后顯示結(jié)果，并通過校準(zhǔn)系統(tǒng)確保長(zhǎng)期準(zhǔn)確性。其設(shè)計(jì)需兼顧靈敏度（如電化學(xué)傳感器可達(dá) ppm 級(jí)）、抗干擾能力（如激光法不受背景氣體影響）及環(huán)境適應(yīng)性（如氧化鋯傳感器耐 1600℃高溫），廣泛應(yīng)用于石油化工、半導(dǎo)體制造、醫(yī)療等領(lǐng)域。