Otomotiv, kimya, petrokimya ve metalürji endüstrileri, bilimsel ve tıbbi araştırmalar, enerji üretimi ve çevre koruma, özelliklegaz enstrümantasyonu veanalizi açısından çok geniş bir teknoloji yelpazesine ihtiyaç duyan başlıca sektörlerden sadece birkaçıdır.
Bunlar arasında gıda işlemeden çimento ve rafinasyona kadar geleneksel endüstriler yer almaktadır. Metanizasyon ve yakıt hücreleri gibi yeni enerji sektörlerinde de giderek daha fazla yer alıyoruz.
Yeni faaliyetler genellikle yenilikçi, daha verimli ölçüm teknolojileri gerektirir. Aynı zamanda, geleneksel endüstrilerimiz de buna ayak uydurmak için hızla gelişiyor. Bu kavşakta, piyasada bulunan gaz enstrümantasyonu ve analiz teknolojileri de bir o kadar çeşitlilik göstermektedir.
Gaz halindeki oksijeni ölçmek için teknolojiler
Gaz analizi, endüstriyel enstrümantasyonun geniş alanındaki araçlardan biridir. Günümüzde gaz analiz cihazlarına her alanda rastlamak mümkündür. Üretim kalite seviyelerinin yükseltilmesinde ve endüstriyel süreçlerin verimliliğinin optimize edilmesinde etkin bir rol oynamaktadırlar. Riskler genellikle hem ekonomik hem de ekolojiktir.
Oksijen analizörleri, endüstri ve araştırma alanında en yaygın kullanılan gaz analizörleridir. Ancak kullanılan teknolojiler ve uygulama yöntemleri bir uygulamadan diğerine büyük farklılıklar göstermektedir.
Bu teknolojiler son yirmi yılda önemli ölçüde gelişmiştir. Burada, günümüzde endüstride ve araştırmalarda en yaygın olarak kullanılan oksijen ölçüm prensiplerini gözden geçireceğiz. Her bir oksijen analiz teknolojisinin avantaj ve dezavantajlarına işaret edeceğiz.
En yaygın kullanılan oksijen ölçüm teknolojileri şunlardır:
Aslında iki farklı algılama prensibi ve dolayısıyla iki eşit derecede farklı paramanyetik oksijen analizörü tipi vardır.
Ancak her biri, adından da anlaşılacağı gibi, oksijen molekülünün "paramanyetik" özelliğinden veya "manyetik duyarlılığından" yararlanır.
Optik algılamalı paramanyetik oksijen analizörü
Dambıl tipi paramanyetik oksijen analizörleri optik algılama kullanır. Dambılın küçük topları nitrojen (N2) ile doldurulmuştur. Oksijen bir manyetik alan aracılığıyla hücreye girdiğinde, dambıl dönme eğilimi gösterir ve eksenin ortasında bulunan ayna, hareketsiz durumdakinden farklı bir ışık sinyali verir. Bu sinyal farkı işlendikten sonra hücredeki kısmi oksijen basıncıyla ve dolayısıyla analizör kalibre edildikten sonra hacimce % olarak oksijen konsantrasyonuyla orantılıdır.
Gaz numunesi manyetik bir alana yerleştirildiğinde, oksijen molekülleri çekilir. Bu, bir kütle mikro akış ölçer tarafından tespit edilen bir basınç üretir.
Kütle mikro akış ölçerli paramanyetik oksijen analizörü, algılama elemanı ile ölçülen gaz arasında temas olmadığından ve hareketli parça bulunmadığından sağlamlığıyla ünlüdür.
Elektrokimyasal O2 hücresi bir tür yakıt hücresidir. Analiz edilecek numunedeki oksijen diyaframdan difüze edilir. Bir elektrolit aracılığıyla 2 elektrot arasında bir akım akar. Ayrıca bir direnç ve bir termistörden geçerek voltaj ölçülür. Bu voltaj oksijen konsantrasyonu ile orantılıdır.
Zirkonya oksijen analizörü, yüksek sıcaklığa kadar ısıtıldığında oksijen iyonlarına karşı katı bir elektrolit gibi davranan zirkonyum oksitin (ZrO2) özelliğini kullanır. Katı elektrolitin her bir tarafına bağlı platin elektrotlar her bir tarafta farklı bir kısmi oksijen basıncına maruz kalırsa, elektrokimyasal bir reaksiyon meydana gelir ve elektrotlar üzerinde bir elektromotor kuvvet toplanır.
Mikroskobik bir bakış açısıyla, bu elektrokimyasal reaksiyon katı elektrolit, elektrot ve oksijen arasındaki üçlü arayüzde meydana gelir.
Yüksek kısmi basınç tarafı: O2 + 4e- >> 2O2- (iyonizasyon)
Düşük kısmi basınç tarafı: 2O2- >> O2 + 4e- (molekülerleşme)
Üretilen elektromotor kuvvet (E) Nernst denklemini karşılar.
Zirkonya oksijen analizörünün avantajları:
Sağlamlığı onlarca yıldır denenmiş ve test edilmiştir.
Zirkonya oksijen analizörü, 6 aya hatta bir yıla varan kalibrasyon aralıklarıyla doğru ve kararlıdır.
Hassas eleman sarf malzemesi değildir ve 5 hatta 10 yıla kadar kullanım ömrüne sahiptir.
Çözümün maliyeti nispeten düşüktür.
Hassas eleman yüksek sıcaklıkta (800°C) ayarlanır, bu nedenle hem soğuk hem de sıcak, nemli gazları analiz etmek için kullanılabilir.
Zirkonya oksijen analizörünün dezavantajları :
Isıtmalı teknolojinin dezavantajı, analizörün ısısını dağıtabilmesi gerektiğidir. Ekstraktif versiyonun çoklu gaz analizörüne takılması daha az kolaydır ve genellikle sisteme ayrı olarak takılacak küçük bir harici kutuya konu olur.
Yüksek sıcaklıkta iyonizasyona dayanan teknolojinin kendisi nedeniyle, bir yakıt gazındaki oksijen konsantrasyonunu ölçmek için bir zirkonya oksijen analizörü kullanmak mümkün değildir.
Lazer analizörleri daha kesin olarak Ayarlanabilir Diyot Lazer (TDL) analizörleri olarak bilinir. Bir verici tarafından yayılan ve bir alıcıya doğru yönlendirilen bir kızılötesi lazer ışını kullanan optik bir araçtır. Ölçüm tekniği, ışığın verici ve alıcı arasında bulunan gaz molekülleri tarafından emilmesine dayanır.
Gazların çoğu ışığı belirli dalga boylarında emer ve emilim gaz konsantrasyonunun doğrudan bir fonksiyonudur.
Lazerin dalga boyu, söz konusu moleküle özgü belirli bir absorpsiyon çizgisi üzerinde analiz edilir, böylece mevcut diğer moleküllerden kaynaklanan neredeyse tüm girişimler önlenir. Bu nedenle ölçülen gaz konsantrasyonu absorpsiyon çizgisinin genliği ile orantılıdır.
Lazer oksijen analizörlerinin avantajları :
Lazer oksijen analizörü, özellikle kalibrasyon kararlılığı, dinamik aralık ve çapraz parazit açısından rakipsiz bir performans sunar.
In situ versiyonu, ölçülen gazla temas eden hiçbir parçaya sahip olmama avantajına sahiptir. Bu nedenle, örneğin nemli ve/veya çok tozlu gazları analiz etmek mümkündür.
Son olarak, hareketli parça olmadığı için sağlamdır.
Lazer analiz cihazının dezavantajları :
Lazer oksijen analizörlerinin ana dezavantajı fiyatlarıdır. Bu teknoloji son 25 yılda çok daha yaygın olarak kullanılabilir hale gelmesine rağmen, daha geleneksel tekniklere göre pahalı bir alternatif olmaya devam etmektedir.
In situ versiyonda, ayrıca oksijensiz bir gazla kalıcı olarak temizlenmelidir. Bu genellikle nitrojen olacaktır. Yüksek sıcaklıklar dışında, analiz edilen absorpsiyon hattı belirli bir sıcaklığın üzerinde spesifik olduğunda.
İhtiyaçlarınızı birlikte inceleyelim ve ideal oksijen analizörünü seçelim.
Gaz halindeki oksijenin ölçümü için dört teknolojiyi inceledik ve her birinin avantaj ve dezavantajlarını sunduk. Elbette kullanım amacına, ayrılan bütçeye ve ekiplerin becerilerine bağlı olarak biri veya diğeri daha uygun olacaktır. Bu nedenle ideal oksijen analizörünün seçimi sistematik olarak çok kriterli bir çalışmanın konusu olacaktır.
