氧化鋯分析儀工作原理

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電梯直達(dá)

樓主

發(fā)表于 2025-7-7 10:06:11 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

　　氧化鋯分析儀的工作原理基于氧化鋯固體電解質(zhì)在高溫下的氧離子導(dǎo)電性。其核心部件是氧化鋯傳感器，通常由氧化釔（Y?O?）穩(wěn)定的氧化鋯（ZrO?）陶瓷體制成。以下是詳細(xì)的工作原理：
　　一、氧濃差電池的形成
　　- 結(jié)構(gòu)組成：氧化鋯傳感器的中間是固態(tài)電解質(zhì)氧化鋯，兩側(cè)各燒結(jié)一層多孔的鉑電極。氧化鋯中摻入一定比例的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y?O?），四價(jià)鋯的電子被二價(jià)鈣或三價(jià)釔所置換，形成氧離子空穴。
　　- 氣體接觸：氧化鋯的一側(cè)為被測(cè)氣體（如煙氣），另一側(cè)為參比氣體（如空氣）。被測(cè)氣體中的氧含量通常較低，而參比氣體中的氧含量較高。
　　二、氧離子的遷移與電勢(shì)差產(chǎn)生
　　- 高溫條件：當(dāng)氧化鋯傳感器被加熱到600℃以上（通常在650-850℃之間）時(shí)，氧化鋯成為良好的氧離子導(dǎo)體。
　　- 氧離子遷移：由于兩側(cè)氣體中的氧濃度不同，氧分子從氧濃度高的一側(cè)（參比氣體側(cè)）向氧濃度低的一側(cè)（被測(cè)氣體側(cè)）擴(kuò)散。氧分子在鉑電極處得到電子成為氧離子，進(jìn)入氧化鋯空穴；氧離子通過氧化鋯到達(dá)低氧側(cè)時(shí)，將電子還給鉑電極變成氧分子。
　　- 電勢(shì)差產(chǎn)生：這一過程在兩側(cè)的鉑電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，即氧濃差電勢(shì)。根據(jù)能斯特方程（Nernst方程），氧濃差電勢(shì)E可以表示為：
E=4FRT?lnP2?P1??

　　其中R是氣體常數(shù)，T是氣體的絕對(duì)溫度，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，P1和P2分別是被測(cè)氣體和參比氣體的氧分壓。
　　三、信號(hào)輸出與處理
　　- 電勢(shì)差測(cè)量：通過測(cè)量?jī)蓚?cè)鉑電極之間的電勢(shì)差，可以得到與被測(cè)氣體中氧含量相關(guān)的電信號(hào)。
　　- 信號(hào)處理：由于電勢(shì)差與氧含量之間存在非線性關(guān)系，需要通過線性化電路進(jìn)行處理，以得到準(zhǔn)確的氧含量讀數(shù)。
　　四、應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)
　　氧化鋯分析儀廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，特別是在燃燒控制領(lǐng)域。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙氣中的含氧量，幫助調(diào)節(jié)助燃空氣的供給量，以獲得最高的熱效率。此外，氧化鋯分析儀具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、輸出穩(wěn)定和維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。
　　綜上所述，氧化鋯分析儀通過利用氧化鋯固體電解質(zhì)在高溫下的氧離子導(dǎo)電性，形成氧濃差電池，產(chǎn)生與氧含量相關(guān)的電勢(shì)差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體中氧含量的精確測(cè)量。