氧化锆氧量计测氧原理
氧化锆氧量分析仪的工作原理
氧化锆氧量分析仪的工作原理
氧化锆氧量分析仪的基本原理是：以氧化锆作固体电解质，高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量。
在600~1200℃高温下，经高温焙烧的氧化锆材料对氧离子有良好传导性。
在氧化锆管两侧氧浓度不等的情况下，浓度大的一侧的氧分子在该侧氧化锆管表面电极上结合两个电子形成氧离子，然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子空穴向氧浓度低的一侧泳动，当到达低浓度一侧时在该侧电极上释放两个电子形成氧分子放出，于是在电极上造成电荷累积，两电极之间产生电势，此电势阻碍这种迁移的进一步进行，直至达到动平衡状态，这就形成浓差电池，它所产生的与两侧氧浓度差有关的电势，称作浓差电势。
这样，如果把氧化锆管加热至一大于600℃的稳定温度，在氧化锆两侧分别流过总压力相同的被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。
如果知道参比气体浓度，则可以根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。
为了正确测量烟气中氧含量，使用氧化锆氧量分析仪时必须注意以下几点：
（1）为确保输出不受温度影响，氧化锆管应处于恒定温度下工作或
在仪表线路中附加温度补偿措施。
（2）使用中应保持被测气体和参比气体的压力相等，只有这样，两种气体中氧分压之比才能代表两种气体中氧的百分容积含量（即氧浓度）之比。
因为当压力不同时，如氧浓度相同，氧分压也是不同的。
（3）必须保证被测气体和参比气体都有一定的流速，以便不断更新。
氧化锆氧气传感器工作原理
氧化锆氧气传感器工作原理
氧化锆氧气传感器是一种用于测量氧气浓度的传感器，在工业自动化控制、燃气检测等领域得到广泛应用。
其工作原理主要基于氧化锆电解池的化学反应和电化学性质。
氧化锆氧气传感器由氧化锆电解池和测量电路组成。
在氧化锆电解池中，气体与电解液接触后，氧气被还原，并在电极上发生氧化反应。
这些反应会导致氧化锆电解池的电势发生变化。
测量电路通过测量电势差来确定氧气浓度。
在工作时，传感器将所测气体通入氧化锆电解池中，并在电解池内施加电压。
由于氧化锆电解池的化学反应，电极上会产生一定的电势差。
传感器会将这个电势差转换成电信号，然后通过放大、滤波和反馈控制等环节，最终得到可靠的氧气浓度值。
氧化锆氧气传感器的工作原理有一定的局限性。
这种传感器只能测量氧气浓度，不适用于其它气体。
传感器的测量精度也会受到诸如温度、湿度等环境因素的影响。
在具体应用中，需要根据实际情况选取合适的传感器，并针对具体应用场景进行相应的校准和调试。
氧化锆氧量分析仪
氧化锆氧量计
一、测量原理 氧化锆使用周期长（一年到两年），几乎没有延时，测量时仅受温度 影响，容易克服，而且仪表 本身输出电信号，精度比较高。现在加热 炉几结合而成。 纯净的氧化锆是不能进行氧量测量的，真正用于测量氧量的是在氧化 锆中加入氧化钙（一氧化钙），这样就可以进行氧量测量。
p1
p2 ＞ p 1
图 6— 1
氧浓差电池原理
氧化锆氧量计
氧浓差电池两侧分别为含氧浓度不同的两种气体。氧分子首先扩散到铂电
极表面吸附层内，高温下（650OC-850OC)在多孔铂电极的催化下,在电池 的P2发生还原反应，一个氧分子从铂电极得到4个电子变成两个氧离子 （O2-然后扩散到固体电解质界面上。 这时在电极1上（阳极——进行还原反应的电极）产生下列反应：
烟道炉墙 电炉丝加热装 置 氧 化 锆 管 内 烟 气 流 动 方 向 空 气 流 动 隔 离 板
烟 气 流 动 方 向
氧化锆测 量管 热电偶
新鲜空气流 动方向
新鲜空气导管
氧量计外壳
烟道炉墙
参比气入口
标 准 气 入 口
1—氧化锆管；2—内外铂电极；3—电极引出线；4—热电偶；5— 氧化铝管；6—加热炉丝；7—陶瓷过滤器
氧化锆氧量计
如果被分析气体和参比气体的总压 如果被分析气体和参比气体的总压力均为，则可写成
p2 / p RT E ln nF p1 / p 由上式可知，当氧 由于在混合气体中，某气体组分的分压力与总压力之比等 浓差电池工作温度T 由于在混合气体中，某气体组分的分压力与总压力之比等于该组分 一定，以及参比气 ，某气体组分的分压力与总压力之比等于该组分的体积浓度，即 的体积浓度，即 1 体的氧浓度一定时， p1 / p ， 2 p 电池产生的氧浓差 1 p1 / p ， 2 p 2 / p 电势与被测气体的 含氧浓度（即含氧 以（6— 2 ）式可写为 则 量）成单值函数关
氧化锆氧量分析仪原理
氧化锆氧量分析仪原理
氧化锆氧量分析仪是一种常用的分析测试仪器，用于测量气体中的氧含量。
其工作原理基于电化学测量技术，包括以下几个主要步骤：
1. 气体进样：气体样品通过进样口进入氧化锆氧量分析仪内部。
进样口通常与样品气体来源相连，例如气瓶、气流管道等。
2. 传感器结构：氧化锆氧量分析仪内部包含一个氧离子传感器，该传感器由两个电极组成，分别是一个氧化锆电极和一个参比电极。
氧化锆电极表面镀有一层氧化锆陶瓷，可以与气体中的氧发生电化学反应。
3. 氧离子传输：当氧气进入氧化锆氧量分析仪内部后，氧气分子会在氧化锆电极表面与陶瓷层上的氧离子发生反应，并形成电荷。
这些氧离子会从氧化锆电极经过固体电解质传输到参比电极。
4. 电化学测量：在氧离子传输过程中，通过对电流进行测量，可以确定氧气的浓度。
当氧气浓度较高时，氧化锆电极表面的氧离子转移速率会增加，电流也会相应增大；而当氧气浓度较低时，电流减小。
通过测量电流的变化，可以精确测量氧气的含量。
5. 数据处理：氧化锆氧量分析仪通常配备有数据处理模块，可以将测得的电流信号转换为氧气含量的数值，并显示在仪器的屏幕上。
同时，一些氧化锆氧量分析仪还可以实现数据记录、
导出和远程监控等功能。
总之，氧化锆氧量分析仪通过氧离子传感器的电化学反应，测量气体中氧气的含量，并将结果显示出来。
该仪器在环境保护、工业生产等领域中广泛应用，有助于监测和控制气体中的氧气含量。
氧化锆的测氧原理和使用维护
（ １ ）
１ 氧探头的测氧原理
Ｆ 一法拉第 常数 ， Ｐ一待测气体氧浓度 百分数 ， ． Ｐ一参 比气体氧浓度 百分数 该分式是氧 探头测氧 的基础 ，当氧化锆管处 的温 度被加 热到６ ０ ～１０ ￣时 ， ｏ℃ ４０ 高浓度 侧气体用 已知氧
图 １ 氧化锆测氧原理
浓度的气体作为参 比气，如用空气 ， Ｐ ＝ ０ ６ 将 则 ２ ．％， 此值及公式 中的常数项合并 ，再考虑到实际氧化锆 电 池 存在 温差电势 、 接触 电势 、 比电势 、 参 极化 电势 ， 从 而产生 本地 电势 Ｃ 、（ ， 新镐头通常为 土ｌ ｍＶ） 实际计 ，
参 比侧 ： ＋ ｅ ０， ４ —— ２ ０一 测量侧 ：２ ｅ ０一 －４ —— Ｏ ，
１８ 年 能斯特 （ ｒ ｓ） ９ ９ Ｎｅｎ ｔ发现稳定氧化锆在高温下 呈现的离子导 电现象 。从此氧化锆成为研究和开发应 用最普遍的一种 固体 电解 质，它 已在高温技术 ，特 别 是 高温 测试技术上得到广泛应用 。由于氧 探头 与现有 测氧仪 表（ 如磁氧分析器 、电化学式氧量计 、气象 色谱 仪 等）Ｈ Ｅ 具有结构 简单 ， ￥ Ｌ， 响应时 间短（ ．ｓ ．ｓ， ０ １ ～０ ２） 测量范 围宽（ ｐ １ 从ｐ ｍ￣百分含量）使用温度高（０ ￣ ～ ］ ， ６０ １０ Ｃ） ２ ０ ，运行可靠 ，安装方便 ，维护量小等优 点，因 此在冶金 、化工 、电力、陶瓷 、汽车 、环保等工业部
锆的测氧原理 ，结构类型 以及其在 工业 炉的应用和氧化锆的安装 、使用和维护方法 。
【 关键 词】 氧化锆
测氧原理 使用维护
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｚｉｃ ｎ ａｉ ｄ ｌ ｅ ｎ ｉ ｄ ｓ ｉ ｌ ｅｄ ｓ ｃ ｓ ｅａ ｌ ｒ ｙ ｃ ｅ ｓ ｙ ｃ ｏ ｋ ｒ ， ｕ ｏ ａ ｄ ｅ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ｒ ｃ ： ｒ ｏ ｉ ｗｉ ｅｙ ｕｓ ｄ ｉ ｎ ｕ ｔ ａ ｌ ｕ ｈ ａ ｔ ｌ ｇ ， ｈ ｍｉｔ ， ｒ ｃ ｅ ａ ｔ ｎ ｎ ｉｏ ｎ ｓ ｒ ｆ ｉ ｍ ｕ ｒ ｙ ｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ Ｓ ｎ Ｆ ｒ ｈ ｉｃ ｎ ａ ｔ ｅｐ ｐ ｒｎ ｔｏ ｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｏ ｙ ｅ ｎ ｍｅ ｓ ｒｎ ｅ ｒ ， ｈ ｓｒ ｍｅ ｔ ｒ ｔ ｃ ｉ ｎ Ｏ ｏ ． ｏ ｅ Ｚ ｒ ｏ ｉ ， ｈ ａ ｅ ｏ ｎ ｙ ｉｔｏ ｕ ｅ ｈ ｘ ｇ ｏ ａ ｕ ｉ ｇ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ ｙ ｔ ｅ ｉ ｔｕ ｎ ｎ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎａ ｄｔ ｅａ ｐ ｉａ ｉ ｎｉ ｅ ｉｄ ｓ ｙ ｂ ｉ ｒ ｂ ｔ ｌｏｄ ｓ ｒｂ ｄ ｔ ｅｍｅｈ ｄ ｆ ｎ ｔ ｌ ｔ ｎ ａ ｄｍａｎ ｅ ａ ｃ ． ｏ ｆ ｕ ａ ｉ ｎ ｐ ｌ ｔ ｔ ｕ ｔ ｏ ｌ ， ｕ ｓ ｅ ｃ ｉ ｅ ｔ ｏ ｓｏ ｓ ｌ ｉ ｎ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｉ ｏ ｈ ｃ ｏ ｎｈ ｎ ｒ ｅ ａ ｈ ｉ ａａｏ
氧化锆氧分析仪的原理
氧化锆氧分析仪的原理当今社会，氧化锆氧分析仪已成为广泛应用于工业生产、环境保护、医疗保健等领域的关键仪器之一、其紧要工作原理基于氧化锆电化学传感器，能够实时监测气体中氧气浓度的变化，帮忙人们把握和调整工作环境中的氧气含量，保障生产和生活的安全和健康。
氧化锆氧分析仪的工作原理已在上一个回答中进行了认真介绍。
在此我们将重点介绍氧化锆氧分析仪在不同领域的应用及其优势。
在工业生产中，氧化锆氧分析仪被广泛用于监测高温反应炉、加热炉、焊接设备、氧化锌生产过程中的氧气含量。
同时，氧化锆氧分析仪也用于钢铁、化工、电子、玻璃等行业的生产过程掌控中，以保证生产过程的安全和质量。
在环境保护领域，氧化锆氧分析仪可以用于测量废气中氧气浓度，以监测排放的氧气浓度是否符合环保要求。
另外，氧化锆氧分析仪还可以用于监测废水中的溶解氧含量，以及土壤中的氧气浓度，帮忙环保人员实现对环境的保护和整治。
在医疗保健领域，氧化锆氧分析仪用于监测患者呼吸氧气浓度，以确保患者得到充分的氧气供应。
此外，氧化锆氧分析仪还可以用于监测麻醉气体中的氧气浓度，以及在体外循环手术中监测氧气浓度。
总的来说，氧化锆氧分析仪具有响应快、精准性高、使用寿命长等优点。
它能够帮忙人们实时监测气体中氧气浓度的变化，为生产和生活带来了更大的便利和安全保障。
另外，氧化锆氧分析仪还具有一些其他的优点：1、高精度：氧化锆氧分析仪能够达到特别高的测量精度，通常在0.1%左右。
这种高精度使得它可以用于一些对氧气浓度要求特别严格的应用中。
2、高灵敏度：氧化锆氧分析仪对氧气的浓度变化特别敏感，能够实时监测到氧气含量的微小变化。
这种高灵敏度使得氧化锆氧分析仪可以用于监测气体中氧气浓度的变化趋势。
3、耐用性强：氧化锆氧分析仪接受高温传感器，能够承受高温环境下的长时间工作。
同时，氧化锆陶瓷材料的耐腐蚀性也特别强，能够适应各种恶劣的工作环境。
4、易于维护：氧化锆氧分析仪通常具有自我诊断和故障检测功能，能够适时检测到故障并进行修复。
氧化锆氧量分析仪的测量原理
氧化锆氧量分析仪的测量原理氧化锆氧量分析仪(又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表)，主要用于丈量焚烧过程中烟气的含氧浓度，相同也适用于非焚烧气体氧浓度丈量。
在传感器内温度稳定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)发生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。
氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆元件的表里两边涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。
它坐落传感器的顶端。
为了使电池坚持额外的工作温度，在传感器中设置了加热器。
用氧分析仪内的温度操控器操控氧化锆温度稳定。
氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪（又称变送器、变送单元、转换器、分析仪）以及它们之间的连接;电缆等构成。
氧传感器; 传感器装置由不锈钢外壳、丈量电池、加热器、热电偶、过滤元件以及电缆接线端子等构成。
丈量电池本体分为3 层：铂(电极)─氧化锆(电解质)─铂(电极)。
铂电极是多孔性的。
烟道气体通过过滤器或校验气体通过传导管进入丈量电池被测气体一侧，而另一侧为参比空气(含氧20.60%)两种含氧浓度不同的气体作用在丈量电池，便发生一个以对数为规则的电势(两边的氧浓度差愈大, 电势信号愈大)。
毫伏信号经氧分析仪转换成4－20mA 规范电流。
此电流由氧分析仪接线端子输出。
丈量电池的工作温度设置为高于650℃-700℃的稳定温度, 为了坚持工作温度稳定，用一支Ｋ型热电偶丈量电池的工作温度，经氧分析仪内的温度操控器调理加热器的加热电压。
当丈量烟气温度高于700℃时，传感器构成中省去加热器和测温热电偶。
为了使丈量电池的工作温度到达700℃，氧分析仪承受传感器中的Ｋ型热电偶输出的温度mV 信号，与微处理器预置温度(毫伏) 相对比，然后操控电池温度。
氧分析仪选用环境温度作为热电偶冷端对比点。
氧分析仪对氧传感器输入的氧mV 信号进行扩大，然后将扩大的电压信号通过。
氧化锆式氧传感器工作原理
氧化锆式氧传感器工作原理
氧化锆式氧传感器是利用氧化锆陶瓷片作为敏感元件的一种传感器，它是目前在汽车上使用最多的一种氧传感器。
氧化锆式氧传感器由两部分组成：一个是敏感元件（陶瓷片）；另一个是补偿元件（电桥）。
在电桥中，补偿元件主要起到限制输出电流的作用，而敏感元件则起到控制输出电压的作用。
当发动机处于工作状态时，燃烧状况不均匀，燃料和空气的混合气过浓或过稀时，会引起进气歧管内的空燃比过浓或过稀，导致混合气燃烧不完全，使发动机废气排出量增加，导致发动机尾气中含氧量下降。
此时应检测进气歧管内的空燃比并及时调整混合气浓度。
氧传感器是测量排气中氧气含量的器件。
其基本结构是：一根长为20~25mm的陶瓷管（或叫传感器芯）与一根长为6~8mm的铂丝（或铂丝绕成螺旋状）组成。
传感器芯与铂丝之间是绝缘介质。
当发动机处于工作状态时，传感器芯产生的信号电压经电桥转换成与发动机工作状况有关的信号电压；当发动机停止工作时，则输出与发动机工况无关的信号电压。
—— 1 —1 —。
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一、分析烟气含氧量意义 2 与Ｏ2的关系
过剩空气系数与氧含量Ｏ2之间不仅具有单值函数 关系，且受燃料品种、燃烧方式和设备结构影响小。
α = 21 21 0.91O2
可见分析氧含量Ｏ2的意义就是为了控制过剩空气系 数为最佳值，保证锅炉燃烧的经济性。
热工控制与保护
氧化锆氧量计 测氧原理
一 、分析含氧量意义 二 、氧化锆测氧原理 三 、氧化锆注意事项
一、分析烟气含氧量意义
1 与环保经济性的关系
为了保证锅炉燃烧环保经济性，监视炉膛内燃料 燃烧状况，确保安全运行，需要及时控制燃料和空气 的比例，即保持烟气过剩空气系数为最佳值，一般 为1.02~1.20。
3 氧化锆探头与氧浓差电池
掺杂氧化锆管，内外附上多 孔的金属铂电极，使其处于高温 状态下，当电解质两侧气体中氧 气的浓度不同时，两铂电极间会 形成氧浓差电势，这个装置称作 氧浓差电池。
“氧浓差电势”是如何形成的？
二、氧化锆氧量分析仪原理 4 工作原理分析
在高温(650~850℃)下，氧气从分压大的 参比侧向分压小的烟气侧扩散。
这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从参比侧 到烟气侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过 氧化锆的过程。
在750℃左右的高温中，在铂电极的催化 作用下，在参比侧发生还原反应：O2 + 4e 2O2-
烟气侧 铂电极 参比侧
2O2- 4e+O2
二、氧化锆氧量分析仪原理
4 工作原理分析
这些氧离子进入电解质后，通过 晶体中的空穴向前运动到达左侧的铂 电极，在烟气侧发生氧化反应，氧离 子在铂电极上释放电子并结合成氧分 子析出，即： 2O2- - 4e O2
二、氧化锆氧量分析仪原理
7 公式简化
将常数代入后，转换为以10为底的对数：
E = RT ln φ2 nF φ1
E 0.0496 T lg 2 1
式中 E——氧浓差电势(V) R——理想气体常数，为8.314 J／(mol·K) F——法拉弟常数，为96487C／mol T——热力学温度(K) n——一个氧分子输送的电子个数，=4 Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压 Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。
内容小结
分析含氧 量意义
氧化锆 测氧原理
能斯托 公式
氧化锆 使用 注意事项
感谢观看
式中 E——氧浓差电势(mV) T——热力学温度(K) Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压 Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。
举例
已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16.04mV, 参比气体为空气，求烟气的含氧量是多少？
E 0.0496Tlg 2
16.04
0.0496
1 1073
.15
掺入杂质后氧化锆是氧离子的良好导体。
纯氧化锆的晶型是不稳定的，当在ZrO2中掺入一定量的 稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中 留下了氧离子空穴，另一方面 由于晶体内部应力变化的原因， 该晶体冷却后变成了稳定氧化锆。
稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。
二、氧化锆氧量分析仪原理
思考
氧含量Ｏ2如何分析测量？
分析氧含量Ｏ2的仪表主要有热磁式氧量计与氧化锆氧量计。
二、氧化锆氧量分析仪原理 1 结构与特点
结构简单，价格便宜，测量精度高，对氧含量 变化反应迅速，灵敏度高，测量范围广，运行可靠， 安装方便，维护量小。
二、氧化锆氧量分析仪原理
2 为什么用氧化锆(ZrO2)材料可准确测量含氧量呢？
E
参比侧
二、氧化锆氧量分析仪原理
5 能斯托公式
氧浓差电势
E
RT nF
ln P2 P1
若参比气体侧和待分析气体烟气侧气体的总压力相等，
均为P，则
E
RT nF
ln P2 /P P1 /P
R氧原理
若温度T一定，当固体电介质参比侧氧分压Φ2 已知时，由浓差电池输出氧浓差电势E，就可以计算 出固体电介质另一侧，即烟气侧氧分压Φ1 的大小。
lg
20.8
1
1 10.392 %
三、使用注意事项
氧化锆管应该在恒定温度下工作或采取温度补偿措施。 氧化锆管应该在一定高温下工作，并且使得参比侧氧分 压恒定不变，比烟气侧氧分压大得多。 保证材料均匀致密性，不能有裂纹或微小的孔洞。 保证电极材料的纯度，电极应该使用纯铂丝。
三、使用注意事项
使用中保持被测气体与参比气体的压力相等且恒定。 保证氧化锆管两侧气体有一定的流速，不断流动更新。 测量线路中必须具有对输出信号进行线性化处的线性 化电路，显示仪表具有较高输入阻抗。
烟气侧 铂电极 参比侧
O2
2O2- - 4e
二、氧化锆氧量分析仪原理 4 工作原理分析
参比侧铂电极由于大量给出电子而带正 电，成为氧浓差电池的正极或阳极。
烟气侧铂电极由于大量得到电子而带负 电，成为氧浓差电池的负极或阴极。
这样在两个电极上，由于正负电荷的堆 积而形成一个电势，即氧浓差电势。
烟气侧
铂电极