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氧化鋯測氧儀測氧原理及維護使用
作者：
時(shí)間：2012-11-24
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1989年能斯特(Nernst)發(fā)現穩定氧化鋯在高溫下呈現的離子導電現象，在此后的一段時(shí)期內，盡管人們對這種具有離子導電性能的物質(zhì)——固體電解質(zhì)進(jìn)行了種種研究，但進(jìn)展較小。在所有固體電解質(zhì)中，目前氧化鋯是研究和開(kāi)發(fā)應用得最普遍的一種，它已在高溫技術(shù)，特別是高溫測試技術(shù)上得到廣泛應用。
氧化鋯測氧儀與現有測氧儀表 (如磁氧分析器、電化學(xué)式氧量計、氣象色譜儀等)相比，具有結構簡(jiǎn)單，響應時(shí)間短 (0.1～0.2S)，測量范圍寬(從ppm到百分含量)，使用溫度高(600～1200℃)，運行可靠，安裝方便，維護量小等優(yōu)點(diǎn)。
1 氧化鋯測氧儀的測氧原理
圖 1為氧化鋯測氧儀測氧原理示意。 
在氧化鋯電解質(zhì)(ZrO管)的兩側面分別燒結上多孔鉑(Pc)電極，在一定溫度下，當電解質(zhì)兩側氧濃度不同時(shí)，高濃度側 (空氣 )的氧分子被 吸附在鉑電極上與電子 (4e)結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電。O2-離子通過(guò)電解質(zhì) 中的氧離子空位遷移到低氧濃度側 的 n 電極上放出電子，轉化成氧分子，使該電極帶負電。兩個(gè)電極的反應式分別為： 
這樣在兩個(gè)電極間便產(chǎn)生了一定的電動(dòng)勢，氧化鋯 電解質(zhì)、Pt電極及兩側不同氧濃度的氣體組成氧探頭即所謂氧化鋯濃差電池。兩級之間的電動(dòng)勢 E可由能斯特公式求得： 
式中：E——濃差 電池輸出，mV；
R——理想氣體常數 ，8．314W ·S／mol；
T--絕對溫度 ，K；
n——電子轉移數 ，在此為 4；
F-- 法拉第常數 ，96500C；
P0——參 比氣體氧濃度百分數 ；
P1——待測氣體氧濃度百分數。
它是氧化鋯測氧的基礎，當氧化鋯管處的溫度被加熱到 600—1400oC時(shí)，高濃度側氣體用已知氧濃度 的氣體作為參 比氣，如用空氣，則P0=20．6％。將此值及公式中的常數項合并，加之實(shí)際氧化鋯電池存在溫差 電勢、接觸電勢、參比電勢、極化電勢，從而產(chǎn)生本地電勢 C(mV)。
實(shí)際計算公式為： 
可見(jiàn)，如能測出氧探頭的輸出電動(dòng)勢 E和被測氣體的絕對溫度，即可算出被測氣體的氧分壓(濃度)P。這就是氧化鋯測 氧儀測氧的基本原理。
2 氧探頭的形式
按檢測方式的不同，氧化鋯氧量分析儀探頭分為兩大類(lèi)：采樣檢測式氧探頭及直插式氧探頭。
1、采樣檢測式
采樣檢測方式是通過(guò)導引管，將被測氣體導入氧化鋯檢測室，再通過(guò)加熱元件把氧化鋯加熱到工作溫度（750℃以上）。氧化鋯一般采用管狀，電極采用多孔鉑電極（如圖2）。其優(yōu)點(diǎn)是不受檢測氣體溫度的影響，通過(guò)采用不同的導流管可以檢測各種溫度氣體中的氧含量，這種靈活性被運用在許多工業(yè)在線(xiàn)檢測上。其缺點(diǎn)是反應時(shí)間慢；結構復雜，容易影響檢測精度；在被檢測氣體雜質(zhì)較多時(shí)，采樣管容易堵塞；多孔鉑電極容易受到氣體中的硫，砷等的腐蝕以及細小粉塵的堵塞而失效；加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長(cháng)。 
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