氧化锆氧量分析仪核心工作原理

核心工作原理

1. 核心元件：氧化锆（$Zr{O}_2$）陶瓷管，在高温（通常为 600~850℃）下，若掺杂氧化钇（$Y_2{O}_3$）或氧化钙（$CaO$），会形成氧离子导电的固体电解质。

2. 浓差电池结构

• 氧化锆管的内外两侧均涂覆多孔铂电极。

• 内侧通入参比气体（一般为空气，氧含量恒定为 20.95%）。

• 外侧接触被测气体（如烟气）。

3. 电势产生机制：在高温条件下，氧离子会从氧分压高的一侧（参比气体）向氧分压低的一侧（被测气体）迁移，从而在两个铂电极之间产生一个与被测气体氧含量相关的浓差电动势。

4. 定量计算：该电动势与被测气体氧含量的关系遵循能斯特方程：

   $E=\frac{RT}{4F}\ln \frac{P_{O_2(ref)}}{P_{O_2(meas)}}$

   其中：

• $E$：浓差电动势（mV）

• $R$：气体常数

• $T$：氧化锆管的jue对温度（K）

• $F$：法拉第常数

• $P_{O_2(ref)}$：参比气体氧分压

• $P_{O_2(meas)}$：被测气体氧分压

  仪器通过测量电动势 $E$，结合温度补偿，即可计算出被测气体的氧含量。

二、 主要结构组成

1. 传感器探头：包含氧化锆管、铂电极、加热器（用于维持氧化锆工作温度）、温度传感器（用于温度补偿）。

2. 变送器：接收传感器的电动势和温度信号，通过能斯特方程计算氧含量，输出标准信号（如 4~20mA、RS485）供显示或控制系统使用。

3. 显示与控制单元：实时显示氧含量数值、报警状态，部分型号支持参数设置和历史数据查询。