Your browser is no longer supported.
Unfortunately, Internet Explorer is not compatible with this website.

Please update to a more modern browser, such as:

microsoft edge

Microsoft Edge

google chrome

Google Chrome

firefox

Firefox

opera

Opera

Carro de consulta de producto

Producto / s que estoy interesado

Actualmente no tiene productos en su carrito de consultas, continúe navegando y seleccione más productos.

Consigue una cotización

Continuar navegando

Base de conocimientos >

Análisis de oxígeno de la zirconia

3 minutos

Base de conocimientos >

Análisis de oxígeno de la zirconia

Medición de gases con el analizador de oxígeno de circonio de Systech

El analizador de oxígeno de circonio es adecuado para medir los niveles de ppm a % de oxígeno en un gas o mezcla de gases. La célula de circonio es una célula galvánica electroquímica que emplea un sensor cerámico de alta temperatura que contiene óxido de circonio estabilizado. Dentro de un instrumento, la célula de circonio está montada en un horno de temperatura controlada con la electrónica necesaria para procesar la señal de la célula de detección. Normalmente, las mediciones se muestran directamente a través de una pantalla digital como concentración de oxígeno en un rango de 0,01ppm a 100%. La teoría detrás del analizador de oxígeno de circonio de Systech
La célula de circonio es un sensor cerámico de alta temperatura. Se trata de una célula galvánica electroquímica compuesta por dos electrodos conductores de la electricidad, químicamente inertes, fijados a ambos lados de un tubo de electrolito sólido. Esto se muestra de forma esquemática en la figura 1. El tubo es completamente hermético a los gases y está hecho de una cerámica (óxido de circonio estabilizado) que, a la temperatura de funcionamiento, conduce la electricidad por medio de iones de oxígeno. (Nota: En los sensores de este tipo, la temperatura tiene que ser superior a 450°C antes de que se activen como conductores del electrolito). La diferencia de potencial a través de la célula viene dada por la ecuación de Nernst. Dónde: E es la diferencia de potencial (voltios) R es la constante de los gases (8,314 J mol-1 K-1) T es la temperatura absoluta (K) F es la constante de Faraday (96484 culombios mol-1) P1 y P2 son las presiones parciales del oxígeno a cada lado del tubo de circonio La ecuación de Nernst puede, por tanto, reducirse a Así, si se conoce la presión parcial de oxígeno en uno de los electrodos y se controla la temperatura del sensor, la medición de oxígeno de la diferencia de potencial entre los dos electrodos permite calcular la presión parcial desconocida. Nota La presión parcial del gas es igual a la concentración molar del componente en una mezcla de gases por la presión total de la mezcla de gases. PO2 =CO2 P2 donde: PO2 = Presión parcial de oxígeno CO2 = Concentración molar de oxígeno P2 = Presión total Ejemplo Para el aire atmosférico: CO2 = 20,9%. P2 = 1 atmósfera PO2 = (0,209/100) x 1 PO2 = 0,209 atmósferas

Principio de funcionamiento

La célula de circonio utilizada por Systech Illinois está hecha de óxido de circonio estabilizado con óxido de itrio como cerámica con electrodos de platino porosos. Esta célula se muestra en la figura 1. Figura 1: Representación ampliada de la sección transversal del sustrato de circonio El oxígeno molecular se ioniza en los electrodos porosos de platino. PtO → Pt + ½ O2 ½ O2 + 2e- → O2- Los electrodos de platino en cada lado de la célula proporcionan una superficie catalítica para el cambio de moléculas de oxígeno, O2, a iones de oxígeno, y de iones de oxígeno a moléculas de oxígeno. Las moléculas de oxígeno en el lado del gas de referencia de alta concentración de la célula ganan electrones para convertirse en iones que entran en el electrolito. Simultáneamente, en el otro electrodo, los iones de oxígeno pierden electrones y se liberan de la superficie del electrodo como moléculas de oxígeno. El contenido de oxígeno de estos gases, y por tanto las presiones parciales de oxígeno, es diferente. Por lo tanto, la velocidad a la que se producen los iones de oxígeno y entran en el electrolito de óxido de circonio en cada electrodo es diferente. Como el óxido de circonio permite la movilidad de los iones de oxígeno, el número de iones que se mueven en cada dirección a través del electrolito dependerá de la velocidad a la que el oxígeno se ioniza y entra en el electrolito en cada electrodo. El mecanismo de esta transferencia de iones es complejo, pero se sabe que implica vacantes en la red de óxido de circonio mediante el dopaje con óxido de itrio. El resultado de la migración de los iones de oxígeno a través del electrolito es un flujo neto de iones en una dirección que depende de las presiones parciales de oxígeno en los dos electrodos. Por ejemplo en la ecuación de Nernst: Si P1>P2 el flujo de iones será de P1 a P2, es decir, un F.M.E. positivo. Si P1 El analizador de óxido de circonio utiliza aire como referencia, una concentración de oxígeno constante del 20,9%, y la célula de óxido de circonio está montada dentro de un horno cuya temperatura se controla a 650°C (923 K). Así, nuestra ecuación de Nernst se reduce además a: El analizador de óxido de circonio calcula electrónicamente la presión parcial de oxígeno, y por tanto la concentración de oxígeno, de una muestra de gas con una concentración de oxígeno desconocida. Esto se consigue midiendo el potencial, E, producido a través de los electrodos de la célula de circonio, sustituyendo por E en la ecuación de Nernst y antilogando para obtener la PO2. La salida del potencial de la célula se muestra en la figura 2. Figura 2 Gráfico del potencial de la célula frente a la concentración de oxígeno de la célula de circonio. Al anular la ecuación, la señal de salida puede mostrarse directamente en un medidor de lectura digital como concentración de oxígeno en ppm o %.

Calibración

Como el instrumento de circonio utiliza un principio de medición absoluto una vez construido y calibrado en fábrica, no requiere ninguna otra calibración en fábrica. La calibración de fábrica consiste en la calibración de la electrónica para aceptar la señal de entrada de milivoltios de la célula de detección y la comprobación de que el instrumento lee entonces correctamente en aire, 20,9%. A continuación, se comprueba que el instrumento lee correctamente el contenido de oxígeno en ppm en el nitrógeno.
Aplicaciones de los analizadores de oxígeno de circonio
Los analizadores de óxido de circonio pueden utilizarse para medir el oxígeno a cualquier nivel entre 0-100% en gases o mezclas de gases. La única restricción en el uso del instrumento es que el gas a medir no debe contener gases combustibles ni ningún material que pueda envenenar la célula de detección de óxido de circonio. Cualquier gas combustible, por ejemplo CO, H2, hidrocarburos como el metano, en el gas de muestra que entra en el instrumento se combinará con cualquier oxígeno en el gas de muestra en el horno debido a la alta temperatura a la que se mantiene el horno. De hecho, esto reducirá la cantidad de oxígeno en el gas de la muestra y hará que el instrumento dé una lectura baja incorrecta. Los materiales que envenenarán la célula de detección son:
  • Halógenos, por ejemplo, el cloro
  • Hidrocarburos halogenados, por ejemplo, cloruro de metilo
  • Compuestos que contienen azufre, como el sulfuro de hidrógeno
  • Compuestos que contienen plomo, como el sulfuro de plomo
Los gases o mezclas de gases que contengan cualquiera de los anteriores no son adecuados para la determinación de oxígeno con un analizador de oxígeno de tipo zirconio. Los analizadores ZR800 son utilizados por productores de gases industriales, usuarios de gases industriales y empresas de envasado de alimentos:
AplicaciónUtiliza
Productores de gaspara garantizar la calidad del producto mediante la medición de una impureza de oxígeno o para controlar la pureza del oxígeno.
Usuarios de gaspara garantizar la fiabilidad de las mantas de gas inerte para garantizar la calidad de los gases utilizados como materiales de producción en la industria química.
Envasado de alimentosgarantizar la presencia de los niveles correctos de oxígeno en los envases que contienen atmósferas modificadas o controladas
DESCARGAR EL PDF VER NUESTROS PRODUCTOS SYSTECH