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氧化鋯分析器的原理

更新時間:2025-04-23   點擊次數:496次

氧化鋯分析器的原理基于固體電解質的電化學特性,通過氧濃差電池效應實現氧濃度測量。具體原理如下:

1. ?導電機理?

純氧化鋯(ZrO?)在常溫下不導電,但摻雜氧化鈣(CaO)、氧化釔(Y?O?)等低價金屬氧化物后,晶體內部形成“氧空穴"缺陷結構,高溫下(通常需加熱至600-1000℃)具備氧離子導電性。

2. ?氧濃差電池效應?

氧化鋯管兩側分別接觸參比氣體(如空氣,氧濃度已知)和被測氣體(如煙氣),當兩側氧分壓不同時:

高氧分壓側的氧分子在鉑電極表面獲得電子,轉化為氧離子(O2?),通過氧化鋯晶格中的氧空穴遷移至低氧分壓側;

遷移的氧離子在低氧分壓側的鉑電極釋放電子,重新結合為氧分子,形成閉合回路。

此過程產生的電勢差(氧濃差電勢)遵循能斯特方程:

E = (RT/4F) ln(P?/P?)?

其中,P?、P?為兩側氧分壓,R為氣體常數,T為絕對溫度,F為法拉第常數。

3. ?溫度控制?

氧化鋯的氧離子導電性對溫度敏感,需通過內置加熱裝置和溫控系統維持恒定高溫(如650-750℃),以確保測量精度。

4. ?信號處理與輸出?

氧濃差電勢經信號處理電路轉換為標準電信號,通過溫度補償和校準后顯示為氧濃度值,或傳輸至控制系統用于燃燒優化。

結構組成

氧化鋯分析器主要包括:氧化鋯管(固體電解質)、鉑電極(參比電極與測量電極)、加熱爐、溫度傳感器及控制器、信號處理模塊。





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