氧化鋯氧傳感器

1、氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢(shì)來(lái)測(cè)定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一個(gè)微型電爐內(nèi)，位于整個(gè)探頭的頂端，其結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。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?zé)Y(jié)后形成的穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷燒結(jié)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(dǎo)體。因其這一特性，在一定高溫下，當(dāng)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(nèi)外電極。在實(shí)際的氧探頭

2、中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內(nèi)電極，當(dāng)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(yīng)：O（P0）4e→2O2氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內(nèi)電極上發(fā)生相反的電極反應(yīng)：2O2→O（P0）4e由于氧濃差導(dǎo)致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢(shì)又導(dǎo)致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當(dāng)這兩種遷移達(dá)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(shì)信號(hào)E該電勢(shì)信

3、號(hào)符合“能斯特“方程：E=(RT4F)Ln(P0P)(1)式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是鋯管絕對(duì)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18.02.102.242.392.532.682.822.973.113.2618.51.671.791.902.022.132.252.362.482.6019.01.251.341.431.521.601.691.781.861.9519.5

4、0.850.910.971.031.091.151.201.261.3220.00.460.490.520.550.580.610.650.680.7120.6000000000在理想狀態(tài)下，當(dāng)被測(cè)煙氣與參比氣濃度一樣時(shí)，其輸出電勢(shì)E值為0mV但在實(shí)際應(yīng)用中，鋯管實(shí)際條件和現(xiàn)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(shì)為理論值和本底電勢(shì)的和，我們稱為無(wú)濃差條件下鋯管輸出的電勢(shì)值為本底電勢(shì)或稱為零位電

5、勢(shì)，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(zhǎng)而變化。因此，如不對(duì)此情況處理，會(huì)嚴(yán)重影響整套測(cè)氧儀的準(zhǔn)確和探頭壽命。鍋爐和加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的主要熱能設(shè)備，它們的燃燒狀況對(duì)安全生產(chǎn)、節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)有直接的影響，也對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重大影響。保證鍋爐和加熱爐等熱能設(shè)備工作在最佳燃燒狀態(tài)的一個(gè)行之有效的手段是控制煙氣中的含氧量。保證實(shí)現(xiàn)煙氣含氧量控制的先決條件是具有良好的氧傳感器。目前多采用氧化鋯氧傳感器來(lái)測(cè)量煙氣含氧

6、量。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬，所以采用氧化鋯的煙氣含氧量測(cè)控系統(tǒng)在電力、冶金、石油化工、輕工和其它許多行業(yè)都有普遍應(yīng)用。YB－88氧量分析儀能自動(dòng)地對(duì)各種爐窯煙氣中氧量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，為操作員調(diào)節(jié)燃風(fēng)配比提供必須的參數(shù)，同時(shí)儀器能夠把輸出信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，以達(dá)到低氧合理燃燒，降低燃耗、燒損，穩(wěn)定工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少環(huán)境污染等目的。氧分析儀的核心元件氧傳感器是由穩(wěn)定氧化鋯材料制造的。材料的熔點(diǎn)在2200℃以上