METROTEC氧氣測量技術(shù)概覽及應用分析

德國METROTEC GmbH（下文簡稱“METROTEC"）是一家專注于氣體分析儀器研發(fā)與生產(chǎn)的機構(gòu)，總部位于德國 Kirchheim/Teck。自上世紀八十年代末成立以來，該公司始終致力于氧化鋯氧傳感器及相關(guān)測量、控制系統(tǒng)的開發(fā)。其產(chǎn)品系列在氣體中氧含量的精確測量與控制領(lǐng)域有著較為廣泛的應用。

一、產(chǎn)品類型概覽

根據(jù)公開的產(chǎn)品目錄與技術(shù)資料，METROTEC的主要產(chǎn)品線可概括為以下幾大類：

基礎(chǔ)型氧傳感器：以A19系列為代表，是構(gòu)成測量系統(tǒng)的核心傳感單元。

便攜式氧氣測量與控制儀器：例如GSM-V6等型號，便于現(xiàn)場調(diào)試與移動測量。

組合式氧分析儀：如GSM系列，通常將傳感器、電子單元及顯示界面集成于一體。

氧氣測量與控制裝置：如U15-Digital，提供數(shù)字化的測量顯示與控制功能。

供氧模塊：例如Z15模塊，用于為傳感器提供參比氣體或?qū)崿F(xiàn)特定功能。

氧氣表：用于直觀顯示氧氣濃度值的儀表類產(chǎn)品。

抽氣式氧傳感器：如A19-P/PC型號，內(nèi)置或外接泵實現(xiàn)樣氣抽取。

法蘭安裝專用傳感器：如A19-S，適用于特定安裝要求的場合。

帶補償型傳感器：如A19-NC，可能具備溫度或其他參數(shù)的補償功能。

在線氧氣測量系統(tǒng)：將傳感器直接延伸至工藝過程中進行連續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)。

二、主要產(chǎn)品型號介紹

在眾多產(chǎn)品中，以下型號具有較高的提及率和代表性：

1. A19-N 基礎(chǔ)型氧傳感器

作為核心傳感元件，采用氧化鋯固態(tài)電解質(zhì)，工作溫度在500-650℃之間，通過M27×2螺紋安裝。其測量范圍寬，可從百分比覆蓋至ppm級。

2. A19-P 抽氣式氧傳感器

與A19-N原理相同，但采用G3/8"氣體管路連接，適用于需要主動抽取樣氣的測量場合。

3. GSM basic-touch 氧分析儀

一款采用觸摸屏操作的測量儀器。其測量范圍跨越超過30個數(shù)量級，從高濃度到微量氧均可測量。設備內(nèi)置氣體泵，預熱時間約5分鐘，具備圖形與數(shù)值兩種顯示模式。

4. GSM-V6 便攜式氧分析儀

便攜式設計，集成取樣泵和觸控屏，適用于現(xiàn)場調(diào)試與分析。技術(shù)參數(shù)顯示，其量程可達100%至10?31 bar O?，預熱時間約10-15分鐘。

5. U15-Digital 氧氣測量控制裝置

一款數(shù)字式測量控制裝置，常與傳感器配套使用，實現(xiàn)氧氣含量的顯示與輸出控制。

6. Z15 供氧模塊

為測量系統(tǒng)提供參比氣體或?qū)崿F(xiàn)特定氣體處理功能的模塊。

7. A19-S 法蘭安裝傳感器

專為法蘭安裝方式設計，方便集成到特定管道或設備上。

8. GSM (組合測量儀)

泛指將傳感器與顯示控制單元組合于一體的柜式或盤裝式測量儀，常用于工業(yè)過程的集成安裝。

9. A19-NC 帶補償型傳感器

在基礎(chǔ)型傳感器上增加了補償功能，以提升在某些工況下的測量穩(wěn)定性。

10. A19-PC 抽氣補償型傳感器

兼具抽氣與補償功能的傳感器型號。

三、技術(shù)原理與核心特點

測量原理：METROTEC的氧傳感器主要基于氧化鋯（ZrO?）陶瓷的離子導電特性。在高溫（約650℃）下，氧化鋯成為氧離子導體。傳感器兩側(cè)的鉑電極分別暴露于參比氣體（如空氣）和待測氣體中。兩側(cè)的氧分壓差會產(chǎn)生電動勢（EMK），該電勢符合能斯特方程（Nernst Equation），據(jù)此可計算出樣氣中的氧濃度。

基于上述原理，這類測量技術(shù)呈現(xiàn)出以下幾個特點：

寬量程測量：利用氧化鋯傳感器的特性，配合電子單元的線性與對數(shù)顯示切換，單臺儀器可實現(xiàn)從100%氧氣到極低ppb級濃度的寬范圍測量，滿足從常量到痕量的不同需求。

模塊化結(jié)構(gòu)：采用傳感器與信號轉(zhuǎn)換模塊分離的設計。用戶可根據(jù)需要，將A19系列傳感器與U系列或Z系列等多種信號處理單元靈活搭配，提高了系統(tǒng)配置的適應性。

操作與顯示直觀：新一代儀器如GSM basic-touch和GSM-V6配備了觸摸屏，支持圖形化顯示測量趨勢，并可在線性（%/ppm）與對數(shù)（log）顯示模式間切換，便于觀察不同數(shù)量級的數(shù)據(jù)變化。

設計注重適用性：傳感器殼體常采用不銹鋼材質(zhì)，防護等級可達IP65，并能承受一定的環(huán)境溫度。產(chǎn)品設計符合多項國際與歐盟標準，如EN 61010-1電氣安全標準、EMC指令等。

四、主要應用領(lǐng)域

憑借其測量原理和技術(shù)特點，METROTEC的氧氣測量設備在多個工業(yè)領(lǐng)域中得到應用：

工業(yè)燃燒與能源領(lǐng)域：用于監(jiān)測鍋爐、窯爐等燃燒設備的煙氣氧含量，為優(yōu)化燃燒效率、降低能耗提供數(shù)據(jù)支持。

熱處理與金屬加工：在滲碳、淬火、退火等熱處理工藝中，用于精確控制保護性氣氛或反應性氣氛中的氧分壓，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

化工與石化行業(yè)：對生產(chǎn)流程中的各種工藝氣體，如合成氣、保護氣、尾氣等進行氧含量分析，用于流程監(jiān)控與安全預警。

環(huán)境監(jiān)測與廢物處理：應用于垃圾焚燒發(fā)電廠，監(jiān)測焚燒煙氣中的氧氣濃度，輔助控制燃燒過程，減少有害物質(zhì)排放。

電子與半導體制造：在半導體生產(chǎn)過程中，用于監(jiān)測氮氣、氬氣等保護性氣體中的微量氧含量，防止產(chǎn)品氧化，確保生產(chǎn)環(huán)境的純凈度