德国METROTEC氧气测量技术概览及应用分析

德国METROTEC GmbH（下文简称“METROTEC”）是一家专注于气体分析仪器研发与生产的机构，总部位于德国 Kirchheim/Teck。自上世纪八十年代末成立以来，该公司始终致力于氧化锆氧传感器及相关测量、控制系统的开发。其产品系列在气体中氧含量的精确测量与控制领域有着较为广泛的应用。

一、产品类型概览

根据公开的产品目录与技术资料，METROTEC的主要产品线可概括为以下几大类：

基础型氧传感器：以A19系列为代表，是构成测量系统的核心传感单元。

便携式氧气测量与控制仪器：例如GSM-V6等型号，便于现场调试与移动测量。

组合式氧分析仪：如GSM系列，通常将传感器、电子单元及显示界面集成于一体。

氧气测量与控制装置：如U15-Digital，提供数字化的测量显示与控制功能。

供氧模块：例如Z15模块，用于为传感器提供参比气体或实现特定功能。

氧气表：用于直观显示氧气浓度值的仪表类产品。

抽气式氧传感器：如A19-P/PC型号，内置或外接泵实现样气抽取。

法兰安装专用传感器：如A19-S，适用于特定安装要求的场合。

带补偿型传感器：如A19-NC，可能具备温度或其他参数的补偿功能。

在线氧气测量系统：将传感器直接延伸至工艺过程中进行连续监测的系统。

二、主要产品型号介绍

在众多产品中，以下型号具有较高的提及率和代表性：

1. A19-N 基础型氧传感器

作为核心传感元件，采用氧化锆固态电解质，工作温度在500-650℃之间，通过M27×2螺纹安装。其测量范围宽，可从百分比覆盖至ppm级。

2. A19-P 抽气式氧传感器

与A19-N原理相同，但采用G3/8"气体管路连接，适用于需要主动抽取样气的测量场合。

3. GSM basic-touch 氧分析仪

一款采用触摸屏操作的测量仪器。其测量范围跨越超过30个数量级，从高浓度到微量氧均可测量。设备内置气体泵，预热时间约5分钟，具备图形与数值两种显示模式。

4. GSM-V6 便携式氧分析仪

便携式设计，集成取样泵和触控屏，适用于现场调试与分析。技术参数显示，其量程可达100%至10⁻³¹ bar O₂，预热时间约10-15分钟。

5. U15-Digital 氧气测量控制装置

一款数字式测量控制装置，常与传感器配套使用，实现氧气含量的显示与输出控制。

6. Z15 供氧模块

为测量系统提供参比气体或实现特定气体处理功能的模块。

7. A19-S 法兰安装传感器

专为法兰安装方式设计，方便集成到特定管道或设备上。

8. GSM (组合测量仪)

泛指将传感器与显示控制单元组合于一体的柜式或盘装式测量仪，常用于工业过程的集成安装。

9. A19-NC 带补偿型传感器

在基础型传感器上增加了补偿功能，以提升在某些工况下的测量稳定性。

10. A19-PC 抽气补偿型传感器

兼具抽气与补偿功能的传感器型号。

三、技术原理与核心特点

测量原理：METROTEC的氧传感器主要基于氧化锆（ZrO₂）陶瓷的离子导电特性。在高温（约650℃）下，氧化锆成为氧离子导体。传感器两侧的铂电极分别暴露于参比气体（如空气）和待测气体中。两侧的氧分压差会产生电动势（EMK），该电势符合能斯特方程（Nernst Equation），据此可计算出样气中的氧浓度。

基于上述原理，这类测量技术呈现出以下几个特点：

宽量程测量：利用氧化锆传感器的特性，配合电子单元的线性与对数显示切换，单台仪器可实现从100%氧气到极低ppb级浓度的宽范围测量，满足从常量到痕量的不同需求。

模块化结构：采用传感器与信号转换模块分离的设计。用户可根据需要，将A19系列传感器与U系列或Z系列等多种信号处理单元灵活搭配，提高了系统配置的适应性。

操作与显示直观：新一代仪器如GSM basic-touch和GSM-V6配备了触摸屏，支持图形化显示测量趋势，并可在线性（%/ppm）与对数（log）显示模式间切换，便于观察不同数量级的数据变化。

设计注重适用性：传感器壳体常采用不锈钢材质，防护等级可达IP65，并能承受一定的环境温度。产品设计符合多项国际与欧盟标准，如EN 61010-1电气安全标准、EMC指令等。

四、主要应用领域

凭借其测量原理和技术特点，METROTEC的氧气测量设备在多个工业领域中得到应用：

工业燃烧与能源领域：用于监测锅炉、窑炉等燃烧设备的烟气氧含量，为优化燃烧效率、降低能耗提供数据支持。

热处理与金属加工：在渗碳、淬火、退火等热处理工艺中，用于精确控制保护性气氛或反应性气氛中的氧分压，保证产品质量。

化工与石化行业：对生产流程中的各种工艺气体，如合成气、保护气、尾气等进行氧含量分析，用于流程监控与安全预警。

环境监测与废物处理：应用于垃圾焚烧发电厂，监测焚烧烟气中的氧气浓度，辅助控制燃烧过程，减少有害物质排放。

电子与半导体制造：在半导体生产过程中，用于监测氮气、氩气等保护性气体中的微量氧含量，防止产品氧化，确保生产环境的纯净度