氧化鋯測量氧氣的基礎知識

　　氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來(lái)測定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內，位于整個(gè)探頭的頂端。
 

　　氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣經(jīng)高溫燒結后形成的穩定的氧化鋯陶瓷燒結體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導體。因其這一特性，在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時(shí)，它便是一個(gè)典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內外電極。在實(shí)際的氧探頭中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內電極，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%O2)時(shí)，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)氧離子，發(fā)生如下電極反應：
 

　　O(P0)+4e-→2O-2
 

　　氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內電極上發(fā)生相反的電極反應：
 

　　2O-2 →O(P0)+4e-
 

　　由于氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢又導致氧 離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與氧濃差有關(guān)的電勢信號E,該電勢信號符合"能斯特"方程：
 

　　E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)
 

　　式中R、F分別是氣體常數和法拉第常數，T是鋯管溫度(K), P0是空氣氧含量(20.6%O2), P 是煙氣含量。由(1)式可見(jiàn)，在一定的高溫條件下(一般)600℃)，一定的煙氣氧含量便會(huì )有一對應的電勢輸出，在理想狀態(tài)下，其電勢值在高溫區域內對應氧含量
 

　　在理想狀態(tài)下，當被測煙氣與參比氣濃度一樣時(shí)， 其輸出電勢E值為 0 mV, 但在實(shí)際應用中，鋯管實(shí)際條件和現場(chǎng)情況均不是理想狀態(tài)。 故事實(shí)上的鋯管是偏離此值的。實(shí)際上，一定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱(chēng)為無(wú)濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱(chēng)為零位電勢，此值的大小又在不同溫度下呈不同的值， 并且隨鋯管使用期延長(cháng)而變化。 因此， 如不對此情況處理，會(huì )嚴重影響整套測氧儀的準確和探頭壽命。鑒于此，ZO-300系列氧分析儀采取了"雙參數校正法"，對探頭本底電勢作特殊處理，彌補了鋯管的離散性缺陷，延長(cháng)了探頭的使用壽命。