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#Tendances produits
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Pureté de mesure de l'oxygène avec un capteur de cellules de Micro-carburant
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Des concentrations élevées de l'oxygène sont employées dans beaucoup de processus chimiques pour amplifier le rendement sans augmentations coûtées significatives. L'enrichissement en oxygène pour des processus chimiques s'étend typiquement de 80% à 100%. L'oxygène fourni à l'industrie de transformation chimique est non plus produit cryogénique, ou, pour modéré à la consommation de bas niveau, produit par absorption d'oscillation de pression et/ou une méthode d'adsorption de vide-pression.
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Dispositifs de Oxygène-détection de type paramagnétique
Les producteurs et les utilisateurs de l'oxygène ont historiquement compté sur les dispositifs de détection de type paramagnétique de l'oxygène pour mesurer la pureté de l'oxygène. Ces capteurs offrent des résultats fortement précis, particulièrement aux gammes supprimées de l'oxygène 90% à 100%. Ils sont, cependant, chers, et exigent l'entretien étendu en termes de calibrage fréquent. En outre, les capteurs de type paramagnétique sont très sensibles aux changements du débit de gaz ; à la présence même de petits comptes de substances particulaires fines ; et à l'humidité, à la température, à la pression, et aux vibrations mécaniques. Les analyseurs incorporant ces capteurs exigent donc le calibrage sur presque une base quotidienne.
Cellules de Micro-carburant
Il toujours y a eu un intérêt pour le petit prix, le bas-entretien, et les manières plus souples de mesurer la pureté de l'oxygène. les cellules de type galvanique de micro-carburant, qui sont spécifiques à l'oxygène, répondent à ces exigences. En outre, elles sont très simples pour utiliser. Ces dispositifs n'ont pas été utilisés pour mesurer des niveaux élevés de l'oxygène (>90%), cependant, parce que leur signal a produit des dérives avec du temps. Une compréhension des raisons de cette dérive exige une connaissance de la construction et de l'exploitation d'une cellule de micro-carburant.
Les composantes de base d'une cellule typique de micro-carburant sont montrées sur le schéma 1. En fonctionnement normal, l'oxygène répand par une membrane de téflon, se dissout dans une couche mince même d'électrolyte entre l'électrode de détection et la membrane, et puis répand sur la surface de détection où il est réduit. La réduction de l'oxygène est facilitée par oxydation simultanée d'un matériel d'anode, mène typiquement ou cadmium.
Réactions de cellules. Des réactions de cellules sont décrites comme suit :
Réaction d'O2 + de cathode de 2H2O + de 4e 4OH
2Pb + 4OH 2PbO + réaction d'anode de 2H2O +4e
La réaction globale de cellules est comme suit :
O2 + 2Pb 2PbO
Des électrons libérés par l'oxydation de l'anode sont consommés pendant la réduction de l'oxygène et traversent un circuit externe. La mesure de l'écoulement d'électron (courant) est indicative de la concentration de l'oxygène. Pour qu'une cellule de micro-carburant fonctionne correctement de façon continue, il est nécessaire que :
• La quantité du matériel d'anode est suffisante pour soutenir la réduction de l'oxygène au-dessus de plusieurs mois à quelques années.
• La concentration des ions d'hydroxyle sur et près de la surface d'électrode est suffisante à tout moment.
• La concentration de PbO sur et près de la surface d'électrode n'augmente pas jusqu'à un niveau qui peut causer le blocage de la réaction de réduction de l'oxygène.
Limites de calcul
De telles conditions mettent certaines limites sur la conception pratique de la cellule de micro-carburant en termes de taille physique, quantité de plomb/de cadmium utilisés comme anode, et épaisseur de la membrane de téflon. Une cellule typique de micro-carburant est ~1,25 po. diamètre et jusqu'à 1 po. longtemps. L'épaisseur de membrane est <1 mil, qui produit un temps de réponse de 90% F.S. de <15 S.
Avec la concentration en oxygène dans les bas pour cent aux niveaux élevés de page par minute, le matériel d'anode environ de 10-15 g fournit assez de superficie pour que la réaction procède. En outre, le réactif et le mouvement de produit de réaction dans et hors de la couche mince d'électrolyte très efficacement. En conséquence, le capteur fournit un résultat très stable de signal
L'oxydation d'anode fournit l'énergie exigée pour la réduction de l'oxygène.
Avec la concentration en oxygène élevée (>90%), les ions d'hydroxyle sont épuisés rapidement et leur concentration près des diminutions de surface d'électrode. En même temps, la concentration de PbO sur et près de la surface d'électrode accumule et par la suite atteint un niveau où PbO commence à précipiter et couvre les sites actifs sur l'électrode de détection
oxyde de plomb (PbO) à ou près de la surface de détection.
Chacun des deux facteurs font chuter lentement la sortie du signal des cellules de micro-carburant avec du temps. Une méthode commune de réduire le taux de production du produit de réaction est d'utiliser une membrane épaisse pour diminuer la quantité de l'oxygène atteignant la surface d'électrode. Cette approche produit une cellule de micro-carburant avec la sortie très stable de signal, mais le temps de réponse aux changements des augmentations de concentration en oxygène tellement (aussi haut que 60 s) qui le dispositif devient impraticable pour l'usage sur des courants de processus.
Nouvelle technologie de cellules de Micro-carburant
Analytical Industries Inc., par des méthodes de propriété industrielle, a pu commander le taux de production du produit de réaction sans sacrifier le temps de réponse de la cellule de micro-carburant. Un exemple typique de la nouvelle cellule avec une petite taille physique (1,25 po. par 0,75 po.) offre un temps de réponse de 90% F.S. de <13 s, avec une vie prévue en oxygène 100% de jusqu'à deux ans. Cette cellule a été examinée plus de 14 mois en oxygène 100% et a été trouvée très stable. Les essais ont été effectués en plaçant la cellule dans une chambre de la température maintenue à 85°F, ±1°F. La pression ambiante a été surveillée avec un transducteur de pression barométrique de Motorola et la sortie de cellules était des variations compensées de pression ambiante. Le débit d'échantillon a été placé à 0,1 LPM (la sortie de cellules était peu sensible aux changements de l'écoulement de gaz témoin de jusqu'à 1,0 LPM) avec l'échantillon mis à l'air libre par l'intermédiaire d'un 1/4 po. tube pour réduire au minimum la contre-pression sur la cellule.
Avec la cellule de micro-carburant dans une chambre à température contrôlée et la sortie a compensé des variations de pression ambiante, il était possible pour mesurer l'oxygène dans les gammes supprimées de l'oxygène 90%-100% à moins de ±1% d'exactitude de F.S. (l'oxygène de ±0.1%). Le calibrage a été vérifié périodiquement et avéré à moins de ±1% de F.S. sur une période de 14 mois.
La sortie d'une cellule de micro-carburant une fois exposée à l'oxygène 99,5% plus de quatre semaines est tracée sur le schéma 4. La variation maximum du signal est moins d'oxygène de ±0.1% sur des 24 périodes d'heure et est due principalement de la variation de la température ambiante. Au-dessus d'un semestre, la dérive maximum dans la sortie de signal était moins d'oxygène de ±0.5%.
concentration en oxygène. L'échelle est élargie ici pour la clarté.
Ces innovations en technologie de cellules de micro-carburant offrir une alternative très simple pourtant fiable et peu coûteuse à la technique paramagnétique pour mesurer la pureté de l'oxygène aux gammes supprimées. Advanced Instruments Inc. a incorporé une de ces cellules dans son analyseur modèle de l'oxygène GPR-31. L'analyseur montre l'excellente stabilité en oxygène 100% a étendu des périodes. L'analyseur est peu sensible aux modifications mineures dans le débit du gaz témoin et inchangé par les substances particulaires et l'humidité. L'intervalle de calibrage a pu être prolongé d'un mois à six mois. L'analyseur coûte les analyseurs sensiblement moins que paramagnétiques pourtant offre l'excellente stabilité et sensibilité, la réponse rapide, la longue durée, le remplacement peu coûteux de capteur, et l'entretien très minimal.