日本TORAY东丽氧气分析仪的工作原理

日本TORAY（东丽）氧气分析仪的工作原理

TORAY（东丽）的氧气分析仪主要采用电化学传感器或氧化锆（ZrO₂）固体电解质技术，根据应用场景不同选择不同原理，以下是两种主流技术的详细解析：

1. 电化学式氧气分析仪（适用于低浓度测量）

▶ 核心原理： 利用氧气在电极上的氧化还原反应产生电流信号。
▶ 工作流程：

1. 气体扩散：被测气体通过透气膜进入电解液（通常为KOH溶液）。

2. 电化学反应：

• 阴极（Pt）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

• 阳极（Pb）：2Pb + 4OH⁻ → 2PbO + 2H₂O + 4e⁻

3. 电流检测：反应产生的电流与O₂浓度成正比（法拉第定律）。

▶ 技术特点：

• 测量范围：0.1ppm~25% O₂

• 优点：低成本、便携、响应快（T90＜30秒）

• 缺点：传感器寿命2~3年（需定期更换）

• 典型型号：TORAY LC-800（工业安全监测用）

2. 氧化锆式氧气分析仪（适用于高温/高精度）

▶ 核心原理：基于氧化锆陶瓷在高温下的氧离子导电特性（Nernst方程）。
▶ 工作流程：

1. 加热元件：将ZrO₂传感器加热至700~800℃（形成氧离子空位）。

2. 浓度差电势：

• 两侧氧分压不同时，氧离子从高浓度侧向低浓度侧迁移。

• 产生电势差：E = (RT/4F) ln(P₁/P₂) （P₁/P₂为两侧氧分压）

3. 信号输出：通过测量电势差计算氧浓度。

▶ 技术特点：

• 测量范围：0.1ppm~100% O₂

• 优点：耐高温、寿命长（5~8年）、精度高（±0.5%FS）

• 缺点：需预热、功耗高

• 典型型号：TORAY ZFX-100（锅炉燃烧控制用）

3. 技术对比表

4. 典型应用场景

• 电化学式：

• 医院制氧机出口检测

• 实验室手套箱氧含量监控

• 氧化锆式：

• 火力发电厂烟气氧含量控制（优化燃烧效率）

• 半导体晶圆生长炉保护气体监测

5. 维护与校准

• 电化学传感器：

• 每3个月用标准气体校准

• 避免长时间暴露于高浓度O₂（加速老化）

• 氧化锆传感器：

• 每年更换参比空气过滤器

• 定期清洁探头积灰（压缩空气吹扫）

总结

TORAY氧气分析仪通过电化学与氧化锆双技术路线覆盖全场景需求，其氧化锆传感器尤其适合高温、高精度工业场景，而电化学型号则以便携性和低成本见长