智能氧化鋯氧量分析儀的詳細信息
一、前言
1989年能斯特（Nernst）發(fā)現穩(wěn)定氧化鋯在高溫下呈現的離子導電現象。從此氧化鋯成為研究和開發(fā)應用普遍的一種固體電解質，它已在高溫技術，特別是高溫測試技術上得到廣泛應用。由于氧探頭與現有測氧儀表(如磁氧分析器、電化學式氧量計、氣象色譜儀等)相比，具有結構簡單，響應時間短(0.1s～0.2s)，測量范圍寬(從ppm到百分含量)，使用溫度高(600℃～1200℃)，運行可靠，安裝方便，維護量小等優(yōu)點，因此在冶金、化工、電力、陶瓷、汽車、環(huán)保等工業(yè)部門得到廣泛的應用。
二、氧探頭的測氧原理
在氧化鋯電解質(ZrO2管)的兩側面分別燒結上多孔鉑（Pt）電極，在一定溫度下，當電解質兩側氧濃度不同時，高濃度側(空氣)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質中的氧離子空位遷移到低氧濃度側的Pt電極上放出電子，轉化成氧分子，使該電極帶負電。兩個電極的反應式分別為：
參比側：O2 4e——2O2-
測量側：2O2-－4e——O2
這樣在兩個電極間便產生了一定的電動勢，氧化鋯電解質、Pt電極及兩側不同氧濃度的氣體組成氧探頭即所謂氧化鋯濃差電池。兩級之間的電動勢E由能斯特公式求得：可
E= (1)
式中，EmV―濃差電池輸出，
n 4―電子轉移數，在此為
R理想氣體常數，8.314 W·S／mol —
T （K） F96500 C;PP1——待測氣體氧濃度百分數0——參比氣體氧濃度百分數 —法拉第常數，—溫度
該分式是氧探頭測氧的基礎，當氧化鋯管處的溫度被加熱到600℃～1400℃時，高濃度側氣體用已知氧濃度的氣體作為參比氣，如用空氣，則P，將此值及公式中的常數項合并，又實際氧化鋯電池存在溫差電勢、接觸電勢、參比電勢、極化電勢，從而產生本地電勢CmV）實際計算公式為：（0 =20.6%
EmV）=0.0496Tln（0.2095/P1）±CmV）（（
C本地電勢(新鎬頭通常為±1mV) =
可見，如能測出氧探頭的輸出電動勢E和被測氣體的溫度T，即可算出被測氣體的氧分壓（濃度）P1 ，這就是氧化鋯氧探頭的基本檢測原理。
三、氧化鋯氧探頭的結構類型及工作原理
按檢測方式的不同，氧化鋯氧探頭分為兩大類：采樣檢測式氧探頭及直插式氧探頭。
1、采樣檢測式氧探頭
采樣檢測方式是通過導引管，將被測氣體導入氧化鋯檢測室，再通過加熱元件把氧化鋯加熱到工作溫度（750℃以上）。氧化鋯一般采用管狀，電極采用多孔鉑電極。其優(yōu)點是不受檢測氣體溫度的影響，通過采用不同的導流管可以檢測各種溫度氣體中的氧含量，這種靈活性被運用在許多工業(yè)在線檢測上。其缺點是反應時間慢；結構復雜，容易影響檢測；在被檢測氣體雜質較多時，采樣管容易堵塞；多孔鉑電極容易受到氣體中的硫，砷等的腐蝕以及細小粉塵的堵塞而失效；加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長。
在被檢測氣體溫度較低（0℃～650℃），或被測氣體較清潔時，適宜采樣式檢測方式，如制氮機測氧，實驗室測氧等。
2、直插檢測式氧探頭
直插式檢測是將氧化鋯直接插入高溫被測氣體，直接檢測氣體中的氧含量，這種檢測方式適宜被檢測氣體溫度在700℃～1150℃時（特殊結構還可以用于1400℃的高溫），它利用被測氣體的高溫使氧化鋯達到工作溫度，不需另外用加熱器（如圖3）。直插式氧探頭的技術關鍵是陶瓷材料的高溫密封和電極問題。以下列舉了兩種直插式氧探頭的結構形式。
（1）整體氧化鋯管
該形式是從采樣檢測方式中采用的氧化鋯管的形式上發(fā)展起來的，就是將原來的氧化鋯管加長，使氧化鋯可以直接伸到高溫被測氣體中。這種結構無需考慮高溫密封問題。
（2）直插式氧化鋯氧探頭
由于需要將氧化鋯直接插入檢測氣體中，對氧探頭的長度有較高要求，其有效長度在500mm～1000mm左右，特殊的環(huán)境長度可達1500mm。且檢測，工作穩(wěn)定性和使用壽命都有很高的要求，因此直插式氧探頭很難采用傳統(tǒng)氧化鋯氧探頭的整體氧化鋯管狀結構，而多采取技術要求較高的氧化鋯和氧化鋁管連接的結構。密封性能是這種氧化鋯氧探頭的關鍵技術之一。目前國際上先進的連接方式，是將氧化鋯與氧化鋁管的焊接在一起，其密封性能，與采樣式檢測方式比，直插式檢測有顯而易見的優(yōu)點：氧化鋯直接接觸氣體，檢測高，反應速度快，維護量較小。
四、氧探頭的工業(yè)應用
1、在工業(yè)鍋爐、加熱爐上的應用
一、前言
1989年能斯特（Nernst）發(fā)現穩(wěn)定氧化鋯在高溫下呈現的離子導電現象。從此氧化鋯成為研究和開發(fā)應用普遍的一種固體電解質，它已在高溫技術，特別是高溫測試技術上得到廣泛應用。由于氧探頭與現有測氧儀表(如磁氧分析器、電化學式氧量計、氣象色譜儀等)相比，具有結構簡單，響應時間短(0.1s～0.2s)，測量范圍寬(從ppm到百分含量)，使用溫度高(600℃～1200℃)，運行可靠，安裝方便，維護量小等優(yōu)點，因此在冶金、化工、電力、陶瓷、汽車、環(huán)保等工業(yè)部門得到廣泛的應用。
二、氧探頭的測氧原理
在氧化鋯電解質(ZrO2管)的兩側面分別燒結上多孔鉑（Pt）電極，在一定溫度下，當電解質兩側氧濃度不同時，高濃度側(空氣)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質中的氧離子空位遷移到低氧濃度側的Pt電極上放出電子，轉化成氧分子，使該電極帶負電。兩個電極的反應式分別為：
參比側：O2 4e——2O2-
測量側：2O2-－4e——O2
這樣在兩個電極間便產生了一定的電動勢，氧化鋯電解質、Pt電極及兩側不同氧濃度的氣體組成氧探頭即所謂氧化鋯濃差電池。兩級之間的電動勢E由能斯特公式求得：可
E= (1)
式中，EmV―濃差電池輸出，
n 4―電子轉移數，在此為
R理想氣體常數，8.314 W·S／mol —
T （K） F96500 C;PP1——待測氣體氧濃度百分數0——參比氣體氧濃度百分數 —法拉第常數，—溫度
該分式是氧探頭測氧的基礎，當氧化鋯管處的溫度被加熱到600℃～1400℃時，高濃度側氣體用已知氧濃度的氣體作為參比氣，如用空氣，則P，將此值及公式中的常數項合并，又實際氧化鋯電池存在溫差電勢、接觸電勢、參比電勢、極化電勢，從而產生本地電勢CmV）實際計算公式為：（0 =20.6%
EmV）=0.0496Tln（0.2095/P1）±CmV）（（
C本地電勢(新鎬頭通常為±1mV) =
可見，如能測出氧探頭的輸出電動勢E和被測氣體的溫度T，即可算出被測氣體的氧分壓（濃度）P1 ，這就是氧化鋯氧探頭的基本檢測原理。
三、氧化鋯氧探頭的結構類型及工作原理
按檢測方式的不同，氧化鋯氧探頭分為兩大類：采樣檢測式氧探頭及直插式氧探頭。
1、采樣檢測式氧探頭
采樣檢測方式是通過導引管，將被測氣體導入氧化鋯檢測室，再通過加熱元件把氧化鋯加熱到工作溫度（750℃以上）。氧化鋯一般采用管狀，電極采用多孔鉑電極。其優(yōu)點是不受檢測氣體溫度的影響，通過采用不同的導流管可以檢測各種溫度氣體中的氧含量，這種靈活性被運用在許多工業(yè)在線檢測上。其缺點是反應時間慢；結構復雜，容易影響檢測；在被檢測氣體雜質較多時，采樣管容易堵塞；多孔鉑電極容易受到氣體中的硫，砷等的腐蝕以及細小粉塵的堵塞而失效；加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長。
在被檢測氣體溫度較低（0℃～650℃），或被測氣體較清潔時，適宜采樣式檢測方式，如制氮機測氧，實驗室測氧等。
2、直插檢測式氧探頭
直插式檢測是將氧化鋯直接插入高溫被測氣體，直接檢測氣體中的氧含量，這種檢測方式適宜被檢測氣體溫度在700℃～1150℃時（特殊結構還可以用于1400℃的高溫），它利用被測氣體的高溫使氧化鋯達到工作溫度，不需另外用加熱器（如圖3）。直插式氧探頭的技術關鍵是陶瓷材料的高溫密封和電極問題。以下列舉了兩種直插式氧探頭的結構形式。
（1）整體氧化鋯管
該形式是從采樣檢測方式中采用的氧化鋯管的形式上發(fā)展起來的，就是將原來的氧化鋯管加長，使氧化鋯可以直接伸到高溫被測氣體中。這種結構無需考慮高溫密封問題。
（2）直插式氧化鋯氧探頭
由于需要將氧化鋯直接插入檢測氣體中，對氧探頭的長度有較高要求，其有效長度在500mm～1000mm左右，特殊的環(huán)境長度可達1500mm。且檢測，工作穩(wěn)定性和使用壽命都有很高的要求，因此直插式氧探頭很難采用傳統(tǒng)氧化鋯氧探頭的整體氧化鋯管狀結構，而多采取技術要求較高的氧化鋯和氧化鋁管連接的結構。密封性能是這種氧化鋯氧探頭的關鍵技術之一。目前國際上先進的連接方式，是將氧化鋯與氧化鋁管的焊接在一起，其密封性能，與采樣式檢測方式比，直插式檢測有顯而易見的優(yōu)點：氧化鋯直接接觸氣體，檢測高，反應速度快，維護量較小。
四、氧探頭的工業(yè)應用
1、在工業(yè)鍋爐、加熱爐上的應用
