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氧化鋯分析器的原理

更新時間:2025-04-23   點擊次數(shù):550次

氧化鋯分析器的原理基于固體電解質(zhì)的電化學(xué)特性,通過氧濃差電池效應(yīng)實現(xiàn)氧濃度測量。具體原理如下:

1. ?導(dǎo)電機理?

純氧化鋯(ZrO?)在常溫下不導(dǎo)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(nèi)部形成“氧空穴"缺陷結(jié)構(gòu),高溫下(通常需加熱至600-1000℃)具備氧離子導(dǎo)電性。

2. ?氧濃差電池效應(yīng)?

氧化鋯管兩側(cè)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(dāng)兩側(cè)氧分壓不同時:

高氧分壓側(cè)的氧分子在鉑電極表面獲得電子,轉(zhuǎn)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(cè);

遷移的氧離子在低氧分壓側(cè)的鉑電極釋放電子,重新結(jié)合為氧分子,形成閉合回路。

此過程產(chǎn)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(cè)氧分壓,R為氣體常數(shù),T為絕對溫度,F為法拉第常數(shù)。

3. ?溫度控制?

氧化鋯的氧離子導(dǎo)電性對溫度敏感,需通過內(nèi)置加熱裝置和溫控系統(tǒng)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(jīng)信號處理電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號,通過溫度補償和校準(zhǔn)后顯示為氧濃度值,或傳輸至控制系統(tǒng)用于燃燒優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)組成

氧化鋯分析器主要包括:氧化鋯管(固體電解質(zhì))、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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