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淺析氧化鋯氧量探頭的工作原理
閱讀：1546發(fā)布時(shí)間：2022-5-29
1989年能斯特發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的氧化鋯在高溫下呈現(xiàn)的離子導(dǎo)電現(xiàn)象。從此氧化鋯成為研究和開發(fā)應(yīng)用最普遍的一種固體電解質(zhì)，它已在高溫技術(shù)，特別是高溫測(cè)試技術(shù)上得到廣泛應(yīng)用。 由于氧化鋯氧量探頭與現(xiàn)有測(cè)氧儀表 (如磁氧分析器、電化學(xué)式氧量計(jì)、氣象色譜儀等 )相比，響應(yīng)時(shí)間0.1s～ 0.2s，測(cè)量范圍從0-ppm到百分含量，使用溫度500℃～ 1200℃。因此，在冶金、熱處理、電力、陶瓷、汽車、環(huán)保等工業(yè)部門都可以見到氧化鋯氧量探頭的身影。
氧化鋯氧傳感器是利用穩(wěn)定的二氧化鋯陶瓷在650℃以上的環(huán)境中產(chǎn)生的氧離子導(dǎo)電特性而設(shè)計(jì)的。在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側(cè)的氣體中分別存在著不同的氧分壓(即氧濃度)時(shí)，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，和氧離子的遷移。這時(shí)通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，可測(cè)到穩(wěn)定的毫伏級(jí)信號(hào)，我們稱之為氧電勢(shì)。它服從能斯特(Nernst)方程：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢(shì)(mv)，Tk為爐內(nèi)的絕對(duì)溫度(K)，P1和P2分別為二氧化鋯兩側(cè)氣體的氧分壓。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將二氧化鋯的一側(cè)通入已知氧濃度的氣本(通常為空氣)，我們稱之為參比氣。另一側(cè)則是被測(cè)氣體，就是我們要檢測(cè)的爐內(nèi)的氣氛。氧傳感器輸出的信號(hào)就是氧電勢(shì)信號(hào)，通過能斯特方程我們就可以得到被測(cè)爐氣氛中的氧分壓和氧電勢(shì)的關(guān)系。參比氣為空氣時(shí)，可表示為：式中E為氧傳感器輸出氧電勢(shì);Tk為爐內(nèi)的絕對(duì)溫度;P02為爐內(nèi)的氧分壓。我們的氧傳感器產(chǎn)品帶有自加熱裝置，一般溫度保證在700℃，這樣TK數(shù)值基本是恒定的，從而通過上式可以直接測(cè)量出爐內(nèi)氧分壓濃度。工程應(yīng)用中采用標(biāo)準(zhǔn)氣體來標(biāo)定氧傳感器輸出氧電勢(shì)E和氧分壓濃度PO2的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種方法也是*準(zhǔn)確、直接的標(biāo)定方法。
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