Bilindustrien, kjemisk, petrokjemisk og metallurgisk industri, vitenskapelig og medisinsk forskning, energiproduksjon og miljøvern er bare noen av de store sektorene som har behov for et bredt spekter av teknologier, spesielt når det gjeldergassinstrumentering og-analyse.
Dette omfatter tradisjonell industri, fra næringsmiddelindustri til sement- og raffineringsindustri. Vi er i økende grad involvert i nye energisektorer, som metanisering og brenselceller, for å nevne noen.
Nye aktiviteter krever ofte innovative og mer effektive måleteknologier. Samtidig utvikler våre tradisjonelle bransjer seg raskt for å holde tritt med utviklingen. I dette veikrysset finnes det en rekke ulike gassinstrumenter og analyseteknologier på markedet.
Gassanalyse er et av verktøyene innen det brede feltet industriell instrumentering. I dag finnes gassanalysatorer på alle områder. De spiller en aktiv rolle når det gjelder å øke produksjonskvaliteten og optimalisere effektiviteten i industrielle prosesser. Det som står på spill, er som regel både økonomisk og miljømessig.
Oksygenanalysatorer er de desidert mest brukte gassanalysatorene i industri og forskning. Men teknologiene som brukes og implementeringsmetodene varierer mye fra en applikasjon til en annen.
Disse teknologiene har utviklet seg betydelig i løpet av de siste to tiårene. Her gjennomgår vi de oksygenmålingsprinsippene som er mest brukt i industrien og forskningen i dag. Vi vil peke på fordeler og ulemper ved hver enkelt oksygenanalyseteknologi.
Det finnes faktisk to forskjellige deteksjonsprinsipper, og dermed to like forskjellige typer paramagnetiske oksygenanalysatorer.
Men alle utnytter, som navnet antyder, oksygenmolekylets "paramagnetiske" egenskap, eller "magnetiske mottakelighet".
Paramagnetiske oksygenanalysatorer av dumbbell-typen bruker optisk deteksjon. De små kulene i manualen er fylt med nitrogen (N2). Når oksygen kommer inn i cellen gjennom et magnetfelt, har manualen en tendens til å rotere, og speilet som er plassert midt på aksen, returnerer et annet lyssignal enn det som er i ro. Etter behandling er denne signalforskjellen proporsjonal med oksygenpartialtrykket i cellen og dermed, når analysatoren er kalibrert, med oksygenkonsentrasjonen i volumprosent.
Når gassprøven plasseres i et magnetfelt, tiltrekkes oksygenmolekylene. Dette skaper et trykk som detekteres av et massemikroflowmeter.
Den elektrokjemiske O2-cellen er en slags brenselcelle. Oksygenet i prøven som skal analyseres, diffunderer gjennom membranen. En strøm flyter mellom de to elektrodene gjennom en elektrolytt. Strømmen går også gjennom en motstand og en termistor som det måles en spenning over. Denne spenningen er proporsjonal med oksygenkonsentrasjonen.
Zirkoniumoksid-oksygenanalysatoren utnytter den spesielle egenskapen til zirkoniumoksid (ZrO2) som, når det varmes opp til høy temperatur, oppfører seg som en fast elektrolytt med hensyn til oksygenioner. Hvis platinaelektrodene som er festet på hver side av den faste elektrolytten, utsettes for et forskjellig partialtrykk av oksygen på hver side, oppstår det en elektrokjemisk reaksjon og en elektromotorisk kraft på elektrodene.
Fra et mikroskopisk synspunkt skjer denne elektrokjemiske reaksjonen i det tredobbelte grensesnittet mellom den faste elektrolytten, elektroden og oksygenet.
Side med høyt partialtrykk: O2 + 4e- >> 2O2- (ionisering)
Side med lavt partialtrykk: 2O2- >> O2 + 4e- (molekylarisering)
Den genererte elektromotoriske kraften (E) tilfredsstiller Nernst-ligningen.
Laseranalysatorer er mer presist kjent som TDL-analysatorer (Tunable Diode Laser). Det er et optisk instrument som bruker en infrarød laserstråle som sendes ut fra en sender og rettes mot en mottaker. Måleteknikken er basert på at lyset absorberes av gassmolekylene som befinner seg mellom senderen og mottakeren.
De fleste gasser absorberer lys ved bestemte bølgelengder, og absorpsjonen er en direkte funksjon av gasskonsentrasjonen.
Laserens bølgelengde analyseres på en gitt absorpsjonslinje som er spesifikk for det aktuelle molekylet, slik at man unngår praktisk talt alle forstyrrelser fra andre molekyler. Den målte gasskonsentrasjonen er derfor proporsjonal med absorpsjonslinjens amplitude.
