氧化鋯氧傳感器

1、氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來測定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一個微型電爐內(nèi)，位于整個探頭的頂端，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)高溫燒結(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體。因其這一特性，在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便是一個典型的氧濃差電池，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，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0（20.6%O2）時，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子，發(fā)生如下電極反應：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：2O2→O（P0）4e由于氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢又導致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個與氧濃差有關(guān)的電勢信號E該電勢信

3、號符合“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是鋯管絕對溫度（K）P0是空氣氧含量（20.6%O2）P是煙氣含量。由（1）式可見，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，當被測煙氣與參比氣濃度一樣時，其輸出電勢E值為0mV但在實際應用中，鋯管實際條件和現(xiàn)場情況均不是理想狀態(tài)。故事實上的鋯管是偏離此值的。實際上，一定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電

5、勢，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而變化。因此，如不對此情況處理，會嚴重影響整套測氧儀的準確和探頭壽命。鍋爐和加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要熱能設(shè)備，它們的燃燒狀況對安全生產(chǎn)、節(jié)約能源和環(huán)境保護有直接的影響，也對企業(yè)的經(jīng)濟效益有重大影響。保證鍋爐和加熱爐等熱能設(shè)備工作在最佳燃燒狀態(tài)的一個行之有效的手段是控制煙氣中的含氧量。保證實現(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測量煙氣含氧

6、量。由于結(jié)構(gòu)簡單、響應快、測量范圍寬，所以采用氧化鋯的煙氣含氧量測控系統(tǒng)在電力、冶金、石油化工、輕工和其它許多行業(yè)都有普遍應用。YB－88氧量分析儀能自動地對各種爐窯煙氣中氧量進行連續(xù)監(jiān)測，為操作員調(diào)節(jié)燃風配比提供必須的參數(shù)，同時儀器能夠把輸出信號傳送至控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制，以達到低氧合理燃燒，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。材料的熔點在2200℃以上