氧化锆测氧剖析仪原理与装置维护
氧化锆测氧剖析仪原理与装置维护
氧化锆氧量计是使用氧化锆固体电解质原理事情，，，，，由氧化锆固体电解质做成氧化锆探测器（探头），，，，，直接装置在烟道中，，，，，具有结构简朴、稳固性好、迅速度高、响应快等特点，，，，，丈量时仅受温度影响，，，，，容易战胜，，，，，并且输出电信号，，，，，便于信号传输与处置惩罚，，，，，精度较量高，，，，，普遍用于燃烧历程热效率控制系统。。 。
一、氧化锆固体电解质导电机理
电解质溶液导电是靠离子导电，，，，，某些固体也具有离子导电的性子，，，，，具有某种离子导电性子的固体物质称为固体电解质。。 。通常传导氧离子的固体电解质称为氧离子固体电解质。。 。
氧化锆也称二氧化锆（ZrO 2 ），，，，，分子是由一个锆原子和两个氧原子连系而成。。 。纯净的氧化锆基本上是不导电的，，，，，是不可举行氧量丈量的，，，，，真正用于丈量氧量的是在氧化锆中加入氧化钙（CaO）后，，，，，就具有高温导电性，，，，，这样就可以举行氧量丈量。。 。
如在氧化锆(ZrO2)中加入一定命目的氧化钙（CaO），，，，，+ 2价的钙离子（Ca2+）在进入ZrO2晶体后会置换出+4价的锆离子（Zr4+ ），，，，，由于钙离子和锆离子的离子价差别，，，，，因此在晶体中形成许多氧空穴。。 。再高温（750℃以上）下，，，，，若有外加电�。。 。�，，，， 就会形成氧离子占有空穴的定向运动而导电。。 。带负电荷的氧离子占有空穴的运动，，，，，也就相当于带正电荷的空穴做反向运动，，，，，因此，，，，，也可以说固体电解质是靠空穴导电的，，，，，这和P型半导体靠空穴导电机理相似。。 。固体电解质的导电性能与温度有关，，，，，温度越高，，，，，导电性能越强。。 。
二、 氧化锆探头
氧化锆丈量含氧量的基来源理是使用所谓的“氧浓差电势”，，，，，即在一块氧化锆两侧划分附以多孔的铂电极(又称“铂黑”)，，，，，并使其处于高温下。。 。若是两侧气体中的含氧量差别，，，，，那么在两电极间就会泛起电动势。。 。此电动势是由于固体电解质两侧气体的含氧浓度差别而爆发的，，，，，故叫氧浓差电势，，，，， 这样的装置叫做氧浓差电池。。 。
氧浓差电池原理
氧浓差电池两侧划分为含氧浓度差别的两种气体。。 。氧分子首先扩散到铂电极外貌吸附层内，，，，，高温下在多孔铂电极中酿成原子氧，，，，，然后扩散到固体电解质和电极界面上。。 。由于固体电解质内有氧离子空穴，，，，，扩散来的氧原子便从周围捕获两个电子酿成氧离子进入氧离子空穴，，，，，同时爆发两个电子空穴。。 。铂电极中自由电子浓度高且逸出功�。。 。�，，，，以是爆发的两个电子空穴连忙从铂电极上争取两个电子而达中和。。 。当氧离子空穴被氧离子填充后，，，，，形成一个完整的晶格结构。。 。由于在电极上和固体电解质界面上氧离子空穴中氧离子浓度较高，，，，，在扩散作用下，，，，，进入氧离子空穴的氧离子还会跑出来，，，，，去填补靠近的氧离子空穴，，，，，空出来的位置又由新进入的氧离子所填补。。 。这样直到氧离子抵达另一电极，，，，，释放出两个电子成为氧原子，，，，，并与其它氧原子连系成为氧分子。。 。应当指出，，，，，氧离子的这种扩散迁徙是双向的，，，，，但由于氧浓差电池的两侧气体的含氧浓度差别，，，，，氧分压差别，，，，，以是总的趋势是氧离子从含氧浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散，，，，， 即氧从电极1 上获得电子，，，，， 通过氧离子空穴迁徙到电极2后释放出电子，，，，，变为氧气。。 。这时在电极1 上（阴极——举行还原反应的电极）爆发下列反应：
这样在电极上爆发了电荷的积累，，，，，从而在南北极板间建设了电�。。 。�，，，，此电场将阻止这种迁徙的进一步举行，，，，，直至抵达动态平衡状态，，，，，此时在南北极板间形成电势。。 。
氧浓差电势的巨细可由能斯特（Nerenst）公式盘算得出：
若是被剖析气体和参比气体的总压力均为，，，，， 则可写成：
由于在混淆气体中，，，，， 某气体组分的分压力与总压力之比即是该组分的体积浓度，，，，， 即
则：
由上式可知，，，，，当氧浓差电池事情温度T一定，，，，，以及参比气体的氧浓度一准时，，，，，电池爆发的氧浓差电势与被测气体的含氧浓度(即含氧量)成
由上式可知，，，，，当氧浓差电池事情温度T一定，，，，，以及参比气体的氧浓度一准时，，，，，电池爆发的氧浓差电势与被测气体的含氧浓度(即含氧量)成单值函数关系。。 。通过丈量氧浓差电势E就可以获得被测气体的含氧量。。 。
由于空气的含氧量为20.8%，，，，，且本钱低廉，，，，， 以是在剖析炉烟中的含氧量时，，，，，一样平常常用空气作为参比气体。。 。下图是以空气作为参比气体的情形下，，，，， 差别温度下，，，，，氧浓差电势与被测气体的含氧量之间的关系。。 。
例：已知氧化锆测得烟温800℃时的氧浓差电势为16.04mv，，，，，试求该温度时的烟气含氧量？？？？
设参比气气体含氧量φ 2 =20.8％
解：T=800+273.15=1073.15K
有盘算公式
φ =10. 4％
三、 氧化锆传感器结构
氧化锆传感器也称氧化锆探头，，，，，带恒温装置的氧化锆传感器结构示意图。。 。
一样平常使用时，，，，，氧化锆管内部通入参比气体--空气，，，，，外部则流过被经陶瓷过滤器过滤过的被测气体--烟气。。 。陶瓷过滤器主要用来滤除烟气中的杂质颗粒(如烟尘、炭粉等)并可对信号起阻尼作用，，，，，避免指针颤抖。。 。
选择和使用氧化锆的注重事项:
(1)氧化锆浓差电势与氧化锆探头的事情温度成正比。。 。以是氧化锆探头应处于恒定温度下事情或接纳温度赔偿步伐。。 。
(2)为了包管丈量的迅速度，，，，，探测器事情温度还应选择其合适的事情温度,事情温度选择较低其迅速度下降，，，，，事情温度过低时，，，，，氧化锆内阻愈高，，，，，准确丈量电势较难题。。 。事情温度选择较高时，，，，，因烟气中的的可燃性物质就会与氧迅速化合而形成燃料电池，，，，，使其输出增大。。 。
3)在使用历程中，，，，，应包管待测气体压力与参比气体压力相等，，，，，只有这样待测气体和参比气体氧的分压之比才华代表上述两种气体的含量之比。。 。
(4)氧化锆管内外两侧气体要一直流动更新，，，，，不然含氧量会逐渐平衡，，，，，输出下降。。 。
