GB T 18403.2-2013 气体分析器性能表示 第2部分：气体中氧（采用高温电化学传感器）.pdf

1、ICS 71. 040.10 N 53 量中华人民共和国国家标准G/T 18403.2=2013/IEC 61207-2: 1994 气体分析器性能表示第2部分:气体中氧(采用高温电化学传感器)Expression of performance of gas analyzersPart 2: Oxygen in gas CUtilizing high temperature electrochemical sensors) (lEC 61207-2: 1994 , IDT) 2013-07-19发布2013-12-15实施g庐飞! )/，K 、吨/.-!I -唱伊呐刊号如1i:品.J到伊宁如/

2、中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 18403.2-20 13/IEC 61207-2: 1994 前GB/T 18403气体分析器性能表示分为以下部分z一一第1部分z总则z一一第2部分z气体中氧采用高温电化学传感器); 一一第3部分z顺磁氧分析器F-一第6部分=光度分析器。本部分为GB/T18403的第2部分。本部分按照GB/T1. 1-2009和GB/T20000. 2-2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用IEC61207-2: 1994(气体分析器性能表示第2部分z气体中氧(采用高温电化学传感器门。与本部分中规范性引用的国际文件有一致性

3、对应关系的我国文件如下z一-GB/T18403.1-2001 气体分析器性能表示第1部分z总则(eqvIEC 61207-1: 1994) 一-GB/T19001-2008质量管理体系要求(lSO9001: 2008 ,IDT) 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。本部分起草单位=中国仪器仪表行业协会、重庆川仪分析仪器有限公司、聚光科技(杭州)股份有限公司、南京分析仪器厂有限公司、北京北分麦晗克分析仪器有限公司、上海市计量测试技术研究院、北京市计量

4、检测科学研究院、华东理工大学、北京分析仪器研究所。本部分主要起草人z马雅娟、朱仲文、王森、徐淮明、曲长虹、蔡建华、沈正生、张维冰、委兴军。I GB/T 18403.2-2013月EC61207-2: 1994 51 GB/T 18403的本部分包括采用高温电化学传感器的氧特性分析器的术语、性能说明和试验。使用高温电化学传感器的氧分析器，操作温度一般超过600c ，对于被测气体样品中的氧含量有很宽的测量范围。被测气体样品中具有代表性的是燃烧过程的产物。有两种类型的在线分析器，一种是原位式分析器，该分析器的传感器安装在气路内z另一种是取样式分析器，样品经过简单的取样系统提供给传感器。一种典型的在线

5、分析器包括安装在气路内的传感器和电缆连接的控制单元两部分。E GB/T 18403.2-20 13/IEC 61207-2: 1994 气体分析器性能表示第2部分:气体中氧(采用高温电化学传感器)1 范围GB/T 18403的本部分适用于采用高温电化学传感器测量气体中氧的各种类型的分析器，并与GB/T 18403. 1-2001结合使用。本部分适用于原位式分析器和抽取式分析器以及安装在室内外的分析器。本部分的目的是z规定了有关气体分析器功能特性的术语和定义，该分析器利用高温电化学传感器可连续测量气体样品中氧的浓度;统一该类分析器功能特性及其验证方法;规定了功能特性测定时应进行的试验内容和试验方

6、法F为ISO9001、ISO9002和ISO9003质量管理标准的应用提供基础文件。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注目期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 17214.1-1998工业过程测量和控制装置工作条件第1部分z气候条件(idtIEC 60654-1: 1993) IEC 61207-1:1994气体分析器性能表示第1部分z总则(Expressionof perforrnance of gas an alyzers-Part 1: GeneraD ISO 9001质量管理体系

7、要求(Qua!ityrnanagernent systerns-Requirernents) ISO 9002 质量体系生产、安装和服务的质量保证模式(Qua!itysysterns-Model for quality assurance in production, installation and servicing) ISO 9003 质量体系最终检验和试验的质量保证模式(Qualitysysterns-Model for quality assurance in final inspection and test) 3 术语和定义3. 1 IEC 61207-1:1994界定的以及下列

8、术语和定义适用于本部分。高温电化学传感器high-temperature electrochemical sensor 高温电化学传感器有两种基本形式=a) 浓差电池zb) 离子泵电池。3. 1. 1 浓差电池galvanic concentration cell 商用分析器一般采用两个气室构成的浓差电池，两个气室被氧离子传导固体电解质分离开来，每边装有一个多孔电极。1 GB/T 18403.2-2013月EC61207-2: 1994 注，:铅常用作电极，固体陶瓷)电解质通常为氧化错、氧化忆、氧化钙或氧化牡进行全部或部分掺杂处理，当加热到600c以上时，电荷转移方式主要是氧离子传导。注2:当

9、传感器达到固体电解质传导氧离子的温度，并且两个电极之间电动势可被测出时，按照能斯特方程式，输出将与每个电极上的氧分压比的对数有关见式(1)。式中zRT, l E = nln!一4F - 2 斗19l 12 E=O.6 TIg丰12 E-一电池中输出的电动势，单位为毫伏(mV);1一一参比气体的氧分压z2一一样气的氧分压pR一一气体常敖(8.3145 J K-1 mol-1) I T 绝对温度，单位为开尔文(K);F一一法拉第常数(96.485338 3 X (3 C mo!-t); h一-能斯特系数(斜率因子)。.( 1 ) . ( 2 ) .( 3 ) 已知一个电极上的氧分压(1)，则可由两

10、个电极间的电位差确定另一个电极上的氧分压怡.高温电化学陶瓷传感器的能斯特方程可在很宽的氧分压范围内使用，在给定温度下，随着氧分庄的线性减小，传感器的输出呈对数增加传感器的输出电动势与温度成正比，因此在定量分析时，电池温度应严格控制或测量，并对式(1)进行必要的修正，鬼式(2)和式(3)。注31零点漂移E当被测气体与参比气体中氧分压相等时，理论上传感器的输出电动势为oVo一些传感稽可被测出的零点漂移，被认为主要由热电效应和穿过电极的热梯度造成。理论上，这种漂移被认为是附加常数(不对称电势), 见式(4)和式(5)0 式中zUT一一不对称电势，单位为毫伏(m训，E=klg丰十UT12 E=O.6白

11、g丰+UT12 非理想氧离子传导可采用修正斜率因子h进行补偿。( 4) F .( 5 ) 实际上，存在零点漂移传感器的制造厂可提供的实际电动势平均值以帮助校准。通常使用的仪器在用空气校准时(即空气在两个室中)可自动补偿不对称电势.3. 1.2 离子泵电池ion pump cell 若直流电在电池的两电极间流动，一个室中为空气，另一个室中为惰性气体，电流将引起氧分子从一边泵到另一边。此运动遵循法拉第定律且泵散到惰性气体中的氧含量用式(6)表示z2 Q=.: 一-4F 式中zQ 一一泵出氧含量，单位为摩尔每秒(mol.S-I); I一一电流，单位为安培(A); F 法拉第常数(96.485338

12、3 X 103 C mol一勺。 ( 6 ) GB/T 18403.2-20 13/IEC 61207-2: 1994 离子泵电池一般有两种基本形式。3. 1.2. 1 限定电流型limiting current 一个扩散针孔限制氧分子到达被测电极的速率，并且穿过电极两端的恒定电压要确保到达被测电极的氧泵人到另一个电极。所产生的电流与被传递的氧分子数目成比例关系。3. 1. 2. 2 固定体积型fixed volume 这种结构由两组电极交叉排列在较小的固定空间内。第一组为浓度电池，第二组为离子泵。起初氧分子按预定的低含量流过，接着泵开始动作直到被度电池读数显示样气体积中的氧浓度与体积外氧浓度

13、相同为止。完成此工作的电流和时间与样气中氧的浓度有关。3.2 参比气体refer四ceg囚采用高温电化学放差电池的分析器需要已知恒定组分浓度的参比气体，通常采用空气作为参比气体。注s只要参比气体有恒定的氧分压，传感器输出则是样气中氧分压的函数。3.3 原位式分析器in situ analyzer 原位式分析器在样气中配有高温传感器，或许还需要一个除去颗粒物的过滤器.原位式分析器的一种类型是控制传感器的温度在600c 800 .C范围内，在此种情况下样气温度不能超过控制温度。第二种类型是传感器依赖梓气温度达到工作温度a因此应测量传感器的温度，以便计算氧含量。3.4 抽取式分析器extractiv

14、e analyzer 抽取式分析器传感器探头被安装在被测量气体管道的外边，样气通过取样探头输送至可控温度的传感器中，以确保离子传导(通常在600.C 800 .C之间)。抽取式分析器或许需要一个除去颗粒物的过滤器，且需一驱动力(通常是抽气泵使样气流动。所涉及的管路系统应合理设计，以防止任何冷凝的产生。3.5 危险区域hazard侧sarea 有可能放出可燃气体、蒸气或粉尘的区域.3.6 阻娼装置flame trap 用来阻止可燃性气体混合物着火及火势蔓延的防火装置。3. 7 基本辅助单元essential ancill町units基本辅助单元是缺少它分析器元法工作的单元(如吸气泵、校准系统等)

15、。4 说明程序IEC 61207-1: 1994中己详细描述了程序说明，包括z一一工作和贮存要求z测量和输出信号的范围的说明;一一误差极限F3 GB/T 18403.2-2013/IEC 61207-2: 1994 一-推荐的影响量参比值和额定范围(见GB/T17214. 1-1998)。本部分给出了附属设备的范围、性能的附加说明和与高温电化学传感器相关性能的详细说明。4. 1 基本单元和辅助装置的性能采用高温电化学浓度电池的氧分析器需要参比气，通常是过滤掉水分和泊的空气。分析器安装后需要校准设备。一般需要瓶装校准气和压力调节装置。4. 1. 1 参比气压力的额定范围实际上参比气压力对误差有一

16、定影响。参比气压力也影响参比气流量，高流量可引起电极冷却并由此产生误差。4. 1.2 校准气体压力的额定范围校准气体压力对误差有一定影响。校准气体压力同4.1.1所述的方式影响校准气流量。4. 1.3 眼气器气体压力额定范围安装吸气器的分析器，吸气器气体压力的额定范围应确保合适的样气流量(有时参比空气流量).4.2 与性能指标相关的补充说明以下补充说明用来确定分析器的特性，依据设计细则，这些附加说明的某些内容或许被忽略。4.2. 1 依据危险区域的分类安装探头和电子单元，通用型分析器不适合安装在危险区域。4.2.2 高温电化学传感器为潜在的点火源，应对样气中可燃性气体的限值作补充规定。注2许多

17、分析器设计为阻止样气燃烧，如用姐燃装置。4.2.3 传感器寿命预期高温电化学传感器有一定预期寿命，需及时更换，其实际寿命取决于样气条件。4.3 与性能指标相关的重要项目尽管已包括在IEC61207-1: 1994中，但4.3. 14. 3. 3特别适用。4.3. 1 样气温度的额定范围对原位式分析器，仅在样气温度的额定范围内符合运行要求。对抽取式分析器，取样探头仅在样气温度额定范围内适用。4.3.2 样气压力的额定范围在某种取样式分析器的设计中，如果样气排入大气，则样气压力是重要的。样气的压力应在额定范围内，以确保样气流量。4.3.3 干扰组分的额定范围4 注1:如果用高温电化学传感器测量混合

18、气体中的氧含量，混合气中含有水分和能在传感器工作温度时氧化的气体，那么用高温电化学传感器测得的含氧量数值总是比预先处理过的干燥样气分析器如顺磁氧分析器所测的含量低。这是由以下两方面引起的。a) 氧气在高温电池表面上与可氧化气体发生氧化反应被消耗zGB/T 18403.2-20 13/IEC 61207-2: 1994 b) 样气体积存在差异z电化学传感器采用湿基法测量;顺磁氧分析器采用干基法测量，因此测量前要去掉样气中的水蒸气。注2:重要的是了解氧化错的固有选择性，基于氧离子迁移特性，不可能产生直接干扰。注1提及的情形、屏蔽效应或附加化学反应可能产生间接干扰.在电池工作温度下，热分解产生的氧也

19、明显干扰氧含量测定。注3:一些物质会永久性损坏高温电化学电池，使电池对氧的灵敏度降低至零，被普遍认为是有毒物质的包括游离的卤素、某些硫化物、硅固和铅等.5 合格试验程序5. 1 总则为了将高温电化学传感器用于样气中氧的定量分析，传感器应保持在恒温下，或分析器必须测量传感器的温度，并且对任何温度变化进行必要的修正。本款给出的试验适用于由制造商提供的整套分析器，包括保证其正常运行的主要辅助设备。在试验前，由制造商安装，或按照其说明书安装。传感器探头的校准通常可以用两种方法完成。第一种方法利用校准室，将传感器置于密闭的校准室，并通人校准气，模拟样气取样过程F第二种方法利用设计到分析器中的通常校准设备

20、，将校准气通入传感器中，无需将传感器探头从工作环境中取出。图1给出了原位式分析器的测试配置，图2给出了取样式分析器的测试配置。应优先采用这两种校准方法，每种方法得到的结果都应在允许范围内，通常的校准设备适用于除响应时间外的其他试验。空气被作为参比和零气使用，其他三种校准气体的浓度分别约为测量范围的10%、50%和90%。校准气的组分应符合验收标准或由单独方法进行检查(见GB/T18403. 1-2001有关内容。5.2 试验程序在GB/T18403. 1-2001中说明了以下相关的试验程序z固有误差5一一线性误差F一一重复性误差z一一输出披动p漂移p一一-滞后时间、上升时间和下降时间p一一干扰

21、误差z一一偏差(影响误差); 一一预热时间。为使分析器正常运行所必需的辅助设备将被保持在参比条件下。采用高温电化学传感器的分析器的附加测试细节见下文。5.3 输出法动输出波动取决于被测样气中的氧含量。向分析器提供规定的试验气体，试验程序见GB/T18403. 1中5.6.4.最小可检测变化为输出波动的两倍。5.4 精后时间、上升时间和下降时间注1:对于原位式和取样式分析器而言，借助于校准设备，校准气直接通人传感器，得到传感器的滞后时间和90%5 GB/T 18403.2-2013/IEC 61207-2: 1994 响应时间。也可以被作为样气引人，从而得到系统的滞后时间和90%响应时间。注2:

22、应采用制造商推荐的流量。注3:时间常数应由线性氧信号确定.试验方法，见IEC61207-1:1994中5.6.6;或测量范围的10%和90%氮中氧校准气与系统入口通过三通阅和钢管(见图1和图2)相连接。从阀到系统人口的气体样气管应尽可能地缩短。通人测量范围10%的校准气到分析器，直到得到稳定的输出读数，记录分析器的输出值。然后，切换三通阀，通人测量范围90%的校准气，记录输出读数变化曲线，保持气体流量直到得到稳定读数。切换三通间，再次通人测量范围10%的校准气，保持气体流量直到得到稳定读数。滞后时间、上升时间和下降时间可从输出读数变化曲线得出。90%响应时间的值由滞后时间、上升时间和下降时间的

23、变化曲线获得。注4:对于取样式分析器，这样确定的数值表示样气在环境温度下的滞后时间、上升时间和下降时间，如果样气在高温(如250c 1 800 c范围)时，依据取样探头的长度和内径，由于样气密度的变化，最多延缓至原数值的2.5倍.6 测试传感器响应速度的设备校准气流量控制试验气体(传感穗响应速度)通气转换阀管道精校准输出至记录仪稳压仪表空气参比气供给圄1原位分斩器常规检测布置圄通气转换阀试验气体系统响应速度)用于射流器和参比的仪表空气测试传感器响应速度的设备试验气体(传感器响应速度)GB/T 18403.2-2013/IEC 61207-2: 1994 射流压力控制单元管道壤输出至记录仪稳压圄

24、2抽取式分析器常规检测布置圄精确的响应时间需要测量试样探头的温度见5.4注4通气转换阀试验气体(系统响应速度)gmFHNBEN-国伺FONlN.例。叮FH阁。华人民共和国家标准气体分析器性能表示第2部分z气体中氧(采用高温电化学传感器)GB/T 18403. 2-2013/IEC 61207-2: 1994 国中* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里柯北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销 印张O.75 字数16千字2013年9月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2013年9月第一版* 16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107书号:155066. 1-47519定价打印日期:2013年10月10日F002GB/T 18403.2-2013