S71.040.10 53
GB
中华人民共和国国家标准
GB/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 analyzers---Part 2:Oxygen in gas
(Utilizing high temperature electrochemical sensors)
(IEC61207-2:1994.IDT)
2013-12-15实施
)13-07-19发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T18403.2-2013/IEC61207-2:1994
前 言
GB/T18403《气体分析器性能表示》分为以下部分：
第1部分：总则；第2部分：气体中氧（采用高温电化学传感器）；第3部分：顺磁氧分析器；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：气体中氧（采用温电化学传感器）》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T18403.1—2001气体分析器性能表示.第1部分：总则（eqvIEC61207-1：1994） GB/T19001—2008质量管理体系要求(ISO9001:2008，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
：司、南京分析仪器厂有限公司、北京北分麦哈克分析仪器有限公司、上海市计量测试技术研究院、北京 i计量检测科学研究院、华东理工大学、北京分析仪器研究所。
本部分主要起草人：马雅娟、朱仲文、王森、徐淮明、曲长虹、蔡建华、沈正生、张维冰、娄兴军。 GB/T18403.2—2013/IEC61207-2:1994
引言
GB/T18403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600℃，对于被测气体样品中的氧含量有
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；另一种是取式分析器，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。
= GB/T18403.2-2013/IEC61207-2:1994
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）
范围 GB/T18403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 B/T18403.1--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：
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法；为ISO9001、ISO9002和ISO.9003质量管理标准的应用提供基础文件。
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。凡是注目期的引用文件，仅注目期的版本适用于本文卡。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/T17214.1一1998工业过程测量和控制装置工作条件第1部分：气候条件(idtIEC60654-1：1993) IEC61207-1：1994气体分析器性能表示第1部分：总则（Expressionofperformanceofgasan
lyzers-—-Part 1:General)
ISO9001质量管理体系要求（Qualitymanagementsystems一Requirements) ISO9002质量体系生产、安装和服务的质量保证模式（Qualitysystems-Modelforquality
ssurance in production,installation and servicing)
ISO9003质量体系最终检验和试验的质量保证模式（Qualitysystems-Modelforquality ssurance in final inspection and test)
术语和定义
IEC61207-1：1994界定的以及下列术语和定义适用于本部分。
高温电化学传感器high-temperatureelectrochemicalsensor 高温电化学传感器有两种基本形式： a）浓差电池； b）离子泵电池。 1. 1 浓差电池galvanicconcentration 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，每边有一个多孔电极。 GB/T18403.2--2013/IEC61207-2:1994
注1：铂常用作电极，固体（陶瓷）电解质通常为氧化锆、氧化钇、氧化钙或氧化针进行全部或部分掺杂处理，当加
到600℃以上时，电荷转移方式主要是氧离子传导。 注2：当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
将与每个电极上的氧分压比的对数有关见式（1）。
E= Rin D
(
.-
4Fp2
=klg bi
..
pz
E = 0. 049 6 Tlg
.(:
..
P2
式中： E—电池中输出的电动势，单位为毫伏(mV)； 1——参比气体的氧分压； p2-—样气的氧分压； R 气体常数（8.3145J·K-1mol-1）； T—绝对温度，单位为开尔文(K); F 法拉第常数（96.4853383×103C·mol-1)；
能斯特系数(斜率因子)。 已知一个电极上的氧分压（p），则可由两个电极间的电位差确定另一个电极上的氧分压（p2)。 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，随着氧分压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量，并对式(1)进行必要的修正，见式(2)和式(3)。
k
注3：零点漂移：
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0V。一些传感器可被测出的零点移，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）。
E = klg I +Ur
(4
p2
p+Ur
E=0.0496Tlg p
.( E
式中： Ur—-不对称电势，单位为毫伏(mV)。 非理想氧离子传导可采用修正斜率因子进行补偿。 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 ionpumpcell 若直流电在电池的两电极间流动，一个室中为空气，另一个室中为情性气体，电流将引起氰分子
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：
Q=AF
I
.(6
式中： Q—泵出氧含量，单位为摩尔每秒（mol·s-1）； I—电流，单位为安培(A); F——法拉第常数（96.4853383×103C·mol-1)。 2 GB/T18403.2—2013/IEC61207-2:1994
离子泵电池一般有两种基本形式。 3.1.2.1
限定电流型limitingcurrent 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
极的氧泵入到另一个电极。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fixedvolume 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浓度电池读数显示样气体积中的氧浓度与体积外氧浓度相同为止。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 referencegas 采用高温电化学浓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：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 situanalyzer 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600℃～800℃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样气温度达到工作温度。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 extractiveanalyzer 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℃～800℃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hazardousarea 有可能放出可燃气体、蒸气或粉尘的区域。
3. 6
阻燃装置flametrap 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essentialancillaryunits 基本辅助单元是缺少它分析器无法工作的单元（如吸气泵、校准系统等）。
说明程序
4
IEC61207-1:1994中已详细描述了程序说明，包括：
工作和贮存要求；测量和输出信号的范围的说明；误差极限； GB/T18403.2—2013/IEC61207-2:1994
—-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油的空气。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吸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：许多分析器设计为阻止样气燃烧，如用阻燃装置。 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4.3.1～4.3.3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
注1：如果用高温电化学传感器测量混合气体中的氧含量，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；
4 GB/T18403.2—2013/IEC61207-2:1994
b）样气体积存在差异：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：重要的是了解氧化锆的固有选择性，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、硅酮和铅等。
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，并通入校准气，模拟样气取样过程；第二种方法利用设计到分析器中的通常校准设备，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/T18403.1一2001中说明了以下相关的试验程序：
一固有误差；线性误差；重复性误差；输出波动；漂移；滞后时间、上升时间和下降时间；干扰误差；偏差(影响误差）；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输出波动
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滞后时间、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，校准气直接通入传感器，得到传感器的滞后时间和90%
5