Benvenuti nel mondo dei sensori di ossigeno in zirconio, una pietra miliare della precisione nel controllo dei processi e dell'efficienza industriale. L'ossigeno svolge un ruolo fondamentale in numerosi processi industriali, rendendone fondamentale il monitoraggio preciso. È qui che entra in scena la nostra attenzione, il sensore di ossigeno allo zirconio.
Cos'è il sensore di ossigeno in zirconio?
Un sensore di ossigeno allo zirconio, noto anche come sensore di ossigeno al biossido di zirconio, è un tipo di sensore che misura i livelli di ossigeno, spesso utilizzato nelle applicazioni automobilistiche e industriali.
Il suo principale elemento di differenziazione? Si basa sulle proprietà uniche dell'ossido di zirconio, o biossido di zirconio, un materiale a stato solido noto per le sue capacità conduttive. Ma non anticipiamo noi stessi. Alla fine di questa guida completa, non solo saprai come funzionano questi sensori, ma apprezzerai anche il loro valore nelle tue operazioni.
Perché il sensore di ossigeno in zirconio è importante?
Nel 1889 Nernst scoprì il fenomeno della conduzione ionica della zirconia stabilizzata ad alta temperatura. Da allora, l'ossido di zirconio è diventato l'elettrolita solido più comune per la ricerca e lo sviluppo ed è stato ampiamente utilizzato nella tecnologia ad alta temperatura, in particolare nella tecnologia di test ad alta temperatura.
Rispetto agli strumenti di misurazione dell'ossigeno esistenti (analizzatore di ossigeno paramagnetico, analizzatore di ossigeno elettrochimico, ecc.), la sonda di ossigeno ha una struttura semplice, tempi di risposta brevi (0.1 s ~ 0.2 s), ampio intervallo di misurazione (da ppm a cento contenuti), alta temperatura di esercizio (600°C ~ 1200°C), funzionamento affidabile, installazione conveniente e piccola manutenzione. Pertanto, è ampiamente utilizzato nella metallurgia, nell'industria chimica, nell'energia elettrica, nella ceramica, nelle automobili, nella protezione ambientale e in altri settori industriali.
Nel processo di combustione in forno, quando il coefficiente di eccesso d'aria è troppo piccolo, cioè il contenuto di ossigeno è insufficiente, il rendimento termico diminuisce e si generano fumi neri dovuti all'aumento delle perdite per combustione incompleta; quando il contenuto di ossigeno è troppo elevato ea causa della grande perdita di fumo di scarico, SO2 e la quantità di NOX aumenta. Porterà anche a una bassa efficienza termica e all'inquinamento ambientale.
Pertanto, l'uso dell'analizzatore di ossigeno può monitorare automaticamente e continuamente il contenuto di ossigeno in vari gas di combustione del forno. Per controllare il preciso rapporto aria-carburante e ottenere una combustione economica, è possibile ottenere un'efficienza termica accurata e ridurre l'inquinamento ambientale.
Gli analizzatori di ossigeno non si limitano a fornire parametri utili agli operatori per regolare il rapporto aria/carburante. Può realizzare l'automazione del controllo termico e raggiungere lo scopo del risparmio energetico e dell'aumento della produzione.
Il sensore di ossigeno, il componente principale dell'analizzatore di ossigeno, è realizzato in materiale di zirconio stabile e il punto di fusione del materiale è superiore a 2200°C. Ha buone prestazioni di resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione. L'analizzatore di ossigeno dei fumi di zirconio può adattarsi ad alte temperature, grandi polveri e ambienti corrosivi. Non ha eguali in altri metodi ed è lo strumento preferito generalmente adottato da vari paesi negli ultimi decenni.
La scienza dietro i sensori di ossigeno in zirconio
1. Sensore di rilevamento
In questo sistema, il rilevatore è la parte operativa più importante. Influisce direttamente sulle prestazioni e sulla durata dell'intero sistema.
Tra questi, l'assemblaggio del tubo in zirconio è il principale dispositivo di lavoro. È la chiave per convertire i cambiamenti nella concentrazione di ossigeno in cambiamenti nei segnali elettrici.
Il principio della misurazione dell'ossigeno è il seguente. Il tubo di zirconio viene miscelato con ossido di ittrio o ossido di calcio in ossido di zirconio puro. Zirconia stabilizzata sinterizzata ad alta temperatura, è un elettrolita solido, generalmente tubolare.
È un buon conduttore di ioni ossigeno in condizioni di temperatura elevata superiore a 600°C.
Gli elettrodi di platino poroso (Pt) sono sinterizzati su entrambi i lati dell'elettrolita di zirconio (tubo ZrO2).
Ad una certa temperatura, quando la concentrazione di ossigeno su entrambi i lati dell'elettrolita è diversa, le molecole di ossigeno sul lato ad alta concentrazione (aria) vengono adsorbite sull'elettrodo di platino e si combinano con gli elettroni (4e) per formare ioni ossigeno O2-. Rendi questo elettrodo carico positivamente.
Gli ioni O2- migrano verso l'elettrodo Pt sul lato a bassa concentrazione di ossigeno attraverso le vacanze di ioni ossigeno nell'elettrolita per rilasciare elettroni e convertirli in molecole di ossigeno, caricando negativamente l'elettrodo.
Il tubo di zirconio diventa una batteria a concentrazione di ossigeno.
Ai due elettrodi di platino avverrà la seguente reazione:
Sul lato aria (lato di riferimento) elettrodo: O2+4e → 2O2-
Sul lato ipossico (lato misurato) elettrodo: 2O2－→ O2+4e
Cioè, una molecola di ossigeno nell'aria cattura quattro elettroni sull'elettrodo e diventa due ioni di ossigeno. Gli ioni di ossigeno migrano attraverso l'ossido di zirconio verso l'elettrodo laterale a basso contenuto di ossigeno, guidati dalla differenza di potenziale nella concentrazione di ossigeno. Quattro elettroni vengono lasciati all'elettrodo per ricombinarsi in molecole di ossigeno. Quando la batteria è in equilibrio, il valore di potenziale E tra i due elettrodi rimane costante.
Il suo valore potenziale E è conforme all'equazione di Nernst:
Nella formula:
R—— costante dei gas
T——temperatura assoluta
F – Costante di Faraday
Px——la percentuale di concentrazione di ossigeno nel gas misurato
Pa – la percentuale di concentrazione di ossigeno nel gas di riferimento, generalmente 20.60%;
In questo modo, se la cella ad ossigeno viene riscaldata ad una temperatura specificata, il gas misurato e il flusso del gas di riferimento rispettivamente attraverso i due lati del tubo di zirconio e il potenziale generato ha una certa relazione con le loro concentrazioni. Se la concentrazione del gas di riferimento è noto, è facile determinare la concentrazione di ossigeno del gas misurato.
Il rilevatore utilizza questo principio per fornire le condizioni per il normale funzionamento del tubo in zirconio per raggiungere scopi pratici.
2. Trasmettitore
La funzione del trasmettitore di ossigeno è convertire il segnale del potenziale di ossigeno e il segnale di temperatura del rivelatore in contenuto di ossigeno secondo la formula di Nernst e controllare la temperatura di lavoro del tubo di zirconio.
Riassunto in misurazione della temperatura, controllo della temperatura, conversione dell'ossigeno, uscita e altre funzioni. Diversi tipi di trasmettitori sono funzionalmente identici.
Sfruttare il potere della zirconio: applicazioni industriali
Le industrie di tutto il mondo hanno riconosciuto il valore dei sensori di ossigeno allo zirconio. Dal controllo della combustione nelle centrali elettriche al mantenimento dell'ambiente ottimale nei forni, i sensori di ossigeno all'ossido di zirconio sono fondamentali per garantire che le operazioni si svolgano in modo regolare ed efficiente.
Immergiamoci in alcuni specifici applicazioni industriali in cui questi sensori excel.
- Centrali elettriche: le centrali elettriche, in particolare quelle che bruciano combustibili fossili, devono monitorare e controllare attentamente i processi di combustione per massimizzare l'efficienza e ridurre al minimo le emissioni. Qui, i sensori di ossigeno all'ossido di zirconio offrono una soluzione precisa e duratura.
- Industria automobilistica: i motori delle automobili utilizzano sensori di ossigeno allo zirconio (spesso posizionati nel tubo di scarico). misurare la quantità di ossigeno nei gas di scarico. Questi dati sono fondamentali per l'unità di controllo del motore (ECU) per regolare la miscela aria-carburante e ottimizzare le prestazioni del motore.
- Industria alimentare e delle bevande: Negli imballaggi alimentari, i sensori di ossigeno allo zirconio vengono utilizzati per monitorare i livelli di ossigeno e garantire la longevità e la qualità del prodotto.
I nostri sensori di ossigeno in zirconio consigliati
| Dsiplay | Funzionamento del menu LCD |
| Precisione dello strumento | 1% |
| Precisione del controllo della temperatura | ± 1 ℃ |
| produzione | 4-20mA |
| Alimentazione elettrica | 220V + 10% |
| energia | |
| Escursione | 0-25% (programmabile) |
| Temperatura dei fumi | 0-700 ℃ |
| Canna fumaria pressione del gas | -20KPa~+20KPa |
| Materiale del tubo di protezione | Tubo di protezione in acciaio inossidabile 316L |
| Specificazione | Φ45mm |
| Materiale trasmettitore | fusione di alluminio |
| grado di protezione | IP65 |
| flangia | Diametro esterno 155 mm distanza tra i fori 130 mm (altre specifiche sono opzionali) |
| Valore di resistenza del forno | Standard 60Ω (opzionale 80Ω, 120Ω, 160Ω) |
| vita di servizio | 15 anni (in base alle effettive condizioni di lavoro) |
| Lunghezza della sonda | 500mm, 800mm, 1000mm, 1200m (altre specifiche possono essere personalizzate) |
Selezione dell'analizzatore di ossigeno in zirconio/sensore di ossigeno in zirconio
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Nel corso della sua carriera, Wu Peng ha partecipato a numerosi progetti di ingegneria nazionali e internazionali. Alcuni dei suoi progetti più importanti includono lo sviluppo di un sistema di controllo intelligente per le raffinerie di petrolio, la progettazione di un sistema di controllo distribuito all'avanguardia per gli impianti petrolchimici e l'ottimizzazione degli algoritmi di controllo per i gasdotti.