[发明专利]防爆氧化锆Zro2检测器

说明书

技术领域

本发明是分析仪器、仪表中的核心部件运用于国防、航天、消防、石油、化工、农业、环保、质量检测、制造、钻井、矿山开采、气体、焦炉煤气、炼化、核能、航天、医用、沼气、冶炼、制氧、半导体、印染等领域气体中的氢气、氧气、烃、笨、一氧化碳的测量分析。

技术背景

当前在许多分析行业中的检测器是采用氢火焰加多种检测器来分析行业中的氢气、氧气、烃、笨、一氧化碳的测量。首先仪器的造价成本高；二是用户运行成本高、需要多种气源做载气；三是不防爆，四是检测器分析被测杂质的灵敏度不够高。如果是氢火焰检测器或其它要用氢气的检测器无法实现火焰连续监测，检测器自身无法识别，发生危险时不能自动关闭可燃氢气，检测器自身也不防爆，再加上氧化锆检测器工作时需要高温才能够运行。一旦火源未处理好就会点燃现场的可燃气体。更难避免的是氢气是无孔不钻，工作人员在工作中一时疏忽或未及时处理，仪器运行中，在一定时间内就在某一空间内聚集、达到一定浓度、由于仪器在运行工作会产生火花、静电或本身的加热火源等点燃可燃气体引起爆炸，给企业带来巨大的损失，天灾人祸给社会带来严重无法挽回的灾难和后果、直接造成负面影响。在当今社会有多少工厂、部门的爆炸、有多少人知道是由于仪器的传感器所造成的呢。本发明的防爆氧化锆ZrO₂检测器成功解决了这一重重困了、给社会带来了安全、可靠、准确的质量保证。

发明内容

本发明实现了防爆和非防爆行业的研发、实验、生产、质检的核心技术之一的检测器。在仪器仪表中突破了防爆的功能，耐高温达到450℃、抗酸碱腐蚀性气体的检测器，是分析仪器仪表领域的又一核心技术部件。该检测器不需要氢气、助燃气，只需要成本低廉的氮气做载气或用其它的惰性气体做载气，如果直接分析空气中的氧气，可以直接进入检测器。

本检测器可完全实现在密闭的条件下，在高温300℃到500℃环境下可以正常工作。原因是检测器所用材料本身耐高温、抗酸碱、腐蚀，需要在高温下才能够正常工作，才能检测出气体中的氢气、氧气、烃、笨、一氧化碳微量、常量浓度，本检测器因灵敏度高，对有些杂质分析可以检测到ppb级。

技术原理

防爆氧化锆ZrO₂检测器是一种高灵敏度对氢气、氧气、烃、笨、一氧化碳微量、常量的检测器。它的原理就是采用氧化锆矿物质精粉末和氧化铱精粉末等材料按比例混合，压制成管状见图中锆管结构图，经高温烧结成型的（22）氧化锆管。在锆管的内外壁涂上含有有机物混合物的铂金浆。等管壁内外的有机溶液全部干完，进入烧制，由50℃阶程序梯升温到1000℃、目的就是烧除锆管中的有机物，否则检测器的灵敏度会打折扣。第一阶为50℃恒温2小时，第二阶为200℃恒温2小时，第三阶为500℃恒温5小时，第四阶为800℃恒温10小时，第五阶为1000℃恒温10小时，降至800℃恒温100小时，自然降温形成氧化锆检测器的两极(24)形成铂金层，两极之间形成(22)氧化锆固态电介质，内壁铂金层叫(12)阳极，外壁为(13)阴极。有机物混合物的铂金浆含有的铂、锇、铱、钯、钏等少量稀有金属。

检测器工作原理如图（氧化锆工作原理图）所示：分析气体进入密封的氧化锆检测器中、通过喷气管喷向锆管内壁层铂金，锆管两极在恒定的高温，由温度控制器控温在（450℃到800℃）之间，在氧化锆固态的电解质的作用下产生氧浓缩反应，产生浓差电势。

如纯净的氮气或惰性气体，在流量一定的情况下撞击氧化锆检测器的内部产生恒定的电化学反应形成固定的电势关系，两极之间形成一个电压信号，这就是仪表中的参考基准点，如果是气相色谱仪，这个点被记录仪实时记录下来就叫基线或水平线、零点、本底电压。

产生信号前提是氧化锆检测器的外壁或阴极与大气相邻，形成参比空气，参比铂金阴极（氧化锆管壁外层）、氧化锆固体电解质、测量电铂金阳极（氧化锆管壁内层）、纯净气体或被测气体、加热温度、畅通气流、密闭的情况下氧化锆检测器的内部产生电势发生电化学反应。被测气体组份在撞击高温氧化锆检测器的内部产生突变、在电势中发生电化学反应，这时参考点发生波动，由记录仪记录下来就形成电波信号形成谱图，这就是被测物质的含量。

由于气体的物质结构不同，在高温反应的化学性质就不同，氧化锆检测器对氧气电势成正电压，对氢、烃类及一氧化碳成负电压。氧化锆检测器对氧、氧化物质、还原性气体、碳烃化合物、具有高灵敏度，对惰性气体及氮气、二氧化碳等气体响应极低到无反应。氧化锆检测器长期在一氧化碳中高温工作，会导致氧化锆固态电解质中毒发生材质变质，降低检测器的灵敏度甚至报废，不能产生电势。