氧化锆氧量分析仪
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。
ZO-3000型氧化锆氧量分析仪使用手册
目录一、技术指标二、仪器的安装三、仪器的使用四、仪器电路的调试五、故障及处理方法六、仪器的日常维护七、仪器成套性ZO-3000型（LCD）氧化锆氧量分析仪ZO-3000型（LCD）氧化锆氧量分析仪由以微处理机为核心的智能化信号转换器和氧化锆检测器组成。
用于在线测量被测气中的氧浓度，输出线性模拟量信号，使用方便、可靠、维护简单。
该仪器适用于如下领域：⑪空分制氮、化工流程氧含量自动分析；⑫磁性材料等高温烧结炉的保护性气体中氧含量分析；⑬电子行业保护性气体中氧含量分析；⑭玻璃、建材行业氧含量分析。
1 技术指标1.1测量范围：0.1ppm～100%O2（LCD液晶显示）1.2基本误差：P＜100ppm，±3%FSP≥100ppm，±2%FS1.3重复性: P＜100ppm，±1.5%FSP≥100ppm，±1%FS1.4零点漂移和量程漂移：≯基本误差1.5滞后时间：T90≤30秒1.6输出信号：4～20mA（负载电阻≤750Ω)，与输出信号对应的测量范围为：0.1～100ppm、1～1000ppm、0.1～25%标准RS-232接口1.7温控精度：700℃±2℃1.8升温时间：～30min1.9测量值报警上、下限设定：上、下限设置值可在与输出信号相对应的测量范围内任意设定，报警接点容量为交流220伏，1安1.10功耗：≤50W1ZO-3000型氧化锆氧量分析仪1.11外形尺寸、开孔尺寸外形尺寸（台式）：205×120×325mm(宽×高×深)外形尺寸（盘式）：144×144×380mm(宽×高×深)开孔尺寸（盘式）138+1×138+1mm２仪器的安装仪器开箱后，请按装箱单逐一核对备件、说明书、合格证等是否齐全，并检查仪器在运输过程中有无明显损坏，否则请及时与本公司联系。
氧化锆氧量分析仪工作原理
氧化锆氧量分析仪工作原理氧化锆氧量分析仪是一种常用于燃气分析的仪器，在燃煤、燃油、天然气等燃料的燃烧过程中，能够快速、准确地测量燃气中氧气的含量。
为了更好地理解氧化锆氧量分析仪的工作原理，需要从以下方面进行介绍。
仪器结构氧化锆氧量分析仪由控制系统、测量系统和信号输出系统三部分组成。
控制系统是仪器的核心部件，包括主控板、电源、输入输出接口等组成部分。
测量系统中主要包含传感器组、放大器、滤波器等。
信号输出系统则是实现了信号的放大和转换，将测量得到的数据通过标准信号输出，用于控制、存储和处理。
工作原理氧化锆氧量分析仪的工作原理基于的是氧气传感器的特性。
氧气传感器采用了固态氧离子传导技术，即将氧气分子在温度较高的条件下通过一种氧化物离子导体（通常为氧化铈或氧化锆等）传导到电极上，生成电势差。
当氧气浓度发生变化时，电势差也会发生变化，从而实现对氧气浓度的测量。
在具体的工作中，氧气传感器通过传感器组来埋入到燃气管道中，接受燃气中的氧气分子发生反应。
在这个过程中，由于氧气分子的存在，导致氧化物离子和电极上的氧化还原对发生反应，产生一定的电信号。
经过传感器做量化处理后，可以得到一个与氧气浓度成正比的电信号，根据这个电信号就可以获得燃气中氧气的含量。
值得注意的是，由于氧化锆氧量分析仪采用了固态氧离子传导技术，因此需要保证传感器工作温度满足要求。
具体来说，氧化锆氧量分析仪的工作温度通常为600-900°C，因此需要使用加热元件，使其处于这个温度范围内，才能正常工作。
优缺点分析氧化锆氧量分析仪具有以下优点：1.准确度高：氧化锆氧量分析仪能够快速、准确地测量燃气中氧气的含量，其测量误差通常在±1%左右。
2.反应速度快：氧化锆氧量分析仪具有很高的灵敏度和响应速度，能够及时反馈燃气中氧气含量的变化情况。
3.维护方便：氧化锆氧量分析仪的工作原理简单、结构清晰，拆卸、清洗和更换传感器等维护操作非常方便。
当然，它也存在一些缺点：1.价格昂贵：相比其他类型的氧气传感器，氧化锆氧量分析仪的价格较为高昂，使得它并不适用于所有的燃气分析应用场景。
抽吸式氧化锆氧分析工作原理
抽吸式氧化锆氧分析工作原理
氧化锆氧分析仪是一种用于测量气体中氧含量的仪器。
它采用了抽吸
式的工作原理，能够实时快速准确地测量氧含量。
1.取样抽气：氧化锆氧分析仪首先通过抽吸泵提供负压，抽取被测气
体样品。
被测样品经过预处理后，进入氧分析仪的传感器模块。
2.氧传感器工作：氧分析仪的核心部件是氧传感器，它由氧离子传输
颗粒、两个电极（阳极和阴极）以及电极之间的氧离子导电固体电解质组成。
在稳态工作时，阳极表面注入一定的电流，通过电解质中的氧离子传
输到阴极表面，与电子发生反应，生成水。
电解质上的离子传导过程与氧
分压成正比，即高氧分压会促进高离子传导速率。
3.氧含量测量：在稳定的工作状态下，通过电路控制模块对传感器中
的氧流动速率进行测量。
电路模块会产生一定的电压信号，并通过探测电
极测量氧流动速率。
电路为了保持稳定的工作状态，会自动调整供电电流，使得电化学氧传感器在整个测量过程中保持在一个稳定的工作状态。
4.输出结果显示：通过电路模块处理和分析传感器测得的氧流动速率，可以计算出气体样品中准确的氧含量，并将结果显示在控制面板上。
抽吸式氧化锆氧分析工作原理的优点是具有快速、准确、稳定等特点。
它可以实时监测和控制气体中的氧含量，是很多工业领域中常用的气体分
析仪器。
例如，在钢铁、化工、环保等行业中，抽吸式氧化锆氧分析仪被
广泛应用于炉窑燃烧控制、气体制氧和气体纯化等工艺过程中。
氧化锆氧量分析仪讲义
氧化锆氧量分析仪讲义摘要：氧化锆作为一种耐火原料，以其熔融温度高达2900℃的独特的热稳定性，被广泛应用在工业测量设备——氧量分析仪的制造上。
氧化锆氧量分析仪又被称为氧化锆氧量计，通常用来测量燃烧过程中烟气的含氧浓度以及非燃烧气体氧浓度测量。
该分析仪氧传感器的关键部件由氧化锆制成，内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池，传感器内温度恒定的电化学电池产生一个毫伏电势，直接反应出烟气中含氧浓度值。
本文主要讲述氧化锆氧量分析仪的原理、应用及故障处理。
关键词：氧化锆氧量分析仪原理、应用、故障处理。
一、概述：1、参比概念：reference 为仪器仪表性能试验或保证测量结果能有效比对而规定的一组带有允差的影响量的值或范围。
2、原理：氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极，当氧化锆两侧的氧分压不同时，氧分压高的一侧的氧以离子形式向氧分压低的一侧迁移，结果使氧分压高的一侧铂电极失去电子显正电，而氧分压低的一侧铂电极得到电子显负电，因而在两铂电极之间产生氧浓差电势。
此电势在温度一定时只与两侧气体中氧气含量的差（氧浓差）有关。
若一侧氧气含量已知（如空气中氧气含量为常数），则另一侧氧气含量（如烟气中氧气含量）就可用氧浓差电势表示，测出氧浓差电势，便可知道烟气中氧气含量。
设 P0>P1,在高温下（650~850℃）氧就会从分压大的P0侧向分压小的P1侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从P0侧到P1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，在电池的P0侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子进入电解质，即O2(P0)+4e 2O^2-;P0侧的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。
反之，在电池P1侧发生的是氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出。
氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷，一种具有离子导电性质的固体。
在常温下为单斜晶体，当温度升高到1150℃时，晶型转变为立方晶体，同时约有7%的体积收缩；当温度降低时，又变为单斜晶体。
氧化锆氧分析仪的故障现象和处理方法
氧化锆氧分析仪的故障现象和处理方法氧化锆氧分析仪是一种用于测量高温气体中氧气含量的仪器。
在使用过程中，可能会显现各种故障问题，本文将介绍常见的故障现象及其处理方法。
故障现象及其分析1. 显示屏显现乱码或无法显示问题分析显示屏显现乱码或无法显示是氧化锆氧分析仪的常见故障问题。
这可能是由于显示器故障导致的，也可能是由于仪器内部故障导致的。
处理方法首先，可以尝试重启仪器。
假如问题仍旧存在，则需要检查显示器电路和信号线是否故障，以及仪器内部电路是否损坏。
假如无法自行修复，建议联系厂家进行维护和修理。
2. 氧气浓度值偏高或偏低问题分析氧气浓度值偏高或偏低可能是由于以下原因导致：•比例调整器损坏：比例调整器的损坏可能会导致氧气浓度值的偏高或偏低。
•电极老化或积碳：电极老化或积碳可能会影响测量的精准性，导致氧气浓度值偏高或偏低。
•气路泄漏：气路泄漏可能会导致仪器读数偏低。
处理方法对于比例调整器损坏的问题，需要更换或修复比例调整器。
对于电极老化或积碳的问题，需要定期清洗或更换电极。
对于气路泄漏的问题，需要检查气路连接是否坚固，或更换气路密封件。
3. 仪器运行时噪声过大问题分析假如在仪器运行时可以听到明显的噪声，可能是由于以下原因导致：•风机损坏：风机损坏可能会导致噪声过大。
•安装不平稳：仪器安装不平稳可能会使仪器运行时产生噪声。
处理方法对于风机损坏的问题，需要更换或修理风机。
对于安装不平稳的问题，需要重新调整仪器安装位置或加添支撑。
维护保养和注意事项为了保证氧化锆氧分析仪的正常使用和延长使用寿命，需要定期进行维护保养和注意一些细节问题：•定期清洗电极：电极是仪器关键部件之一，需要定期清洗或更换电极，以确保测量精准度。
•定期清洗风道和过滤器：定期清洗风道和过滤器可以保证仪器从外部环境中吸入的气体质量，保证测量的精准性。
•避开撞击：仪器是精密仪器，避开撞击或摔落，以防止内部元件损坏。
•尽量避开高温使用：尽量避开将仪器使用在高温环境中或暴露在阳光下，以免对仪器内部元件造成损坏。
N-8.4 氧化锆氧量分析仪
代入上式有： E 4.961105T ln 20.8 x
8.4氧化锆氧量分析仪
探头结构
1．标准气导管 2．氧化锆传感器 3．检测器壳体 4．加热电炉 5．热电偶 6．检测器法兰 7．参比气输入口 8．标准气输入口 9．接线盒
检测器中的加热炉是供加热用的。它在热偶配合下，可使传感器稳定工作在合 适的温度上。加热炉最大加热功率只有80W，炉体涂有耐高温保温绝缘材料， 设计合理，是保证该检测器使用寿命较长的措施之一。
8.4氧化锆氧量分析仪
工作原理(浓差电池原理)
氧化锆氧分析仪的核心是由氧化锆晶体 （内掺杂CaO）构成的一个浓差电池， 在高温下（600℃以上）对氧离子表现 导电性，若将其加热到600℃以上，并 使其两侧接触不同氧分压（浓度）时， 在氧分压较高的一侧（比如空气）电极 上（阳极），氧分子获得电子成为氧离 子，氧离子进入氧化锆固体的氧离子空 穴中，从而使该电极带正电，氧离子通 过氧化锆 的氧离子空穴迅速迁移到氧分
8.4氧化锆氧量分析仪
应用
压（浓度）低的一侧（阴）电极上，释 放电子还原为氧分子。使该电极带负电 。
E R·T ln Po 4F Px
ZrO2.CaO
铂电极
铂电极
-
被测气体
+ 参比气体
图8.4.1氧化锆浓差电池原理示 4F Px
式中：E—— 电势（mV） R—— 气体常数（=1.987卡／度·克分子） F—— 法拉弟常数（=23060卡／伏·克当量） T—— 热力学温度（K） Po——参比气体氧浓度百分数，如果是空气为20.60％02 Px——被测气体氧浓度百分数（％）
8.4氧化锆氧量分析仪
氧化锆氧分析仪是六十年代初逐渐发展起来的一种工 业自动化控制仪表。它广泛用于电力、冶金、石油、化工、 轻纺、造纸等工业领域的各种燃烧控制，收到节约能源、 减少污染的目的，引起各界的广泛重视。
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式中 ——氧浓差电势（V）； ——理想气体常数，为8.314 J／（mol·K）； ——法拉弟常数，为96487C／mol； ——热力学温度（K）； ——一个氧分子输送的电子个数，=4； ——被分析气体（如烟气）的氧分压； ——参比气体（如空气）的氧分压。
如果被分析气体和如 参比果气体被的分 总压析力均气为体 ，则和 可写参成 比气体的总压
氧化锆(ZrO2)是一种固体电解质，具有离子导电特性。在常温 下ZrO2是单斜晶体，当温度升高到1150℃时，晶体发生相变，由单 斜晶体变为立方晶体，同时有不到十分之一的体积收缩。当温度下降 时，又会发生反方向的相变而成为单斜晶体，因此氧化锆晶体是不稳 定的。但在加入一定数量的氧化钙（CaO）或氧化钇（Y2O3）等其 它三价稀土氧化物，并经过高温焙烧后，便形成稳定的莹石形立方晶 体结构，其晶形不再随温度而变化。而+2价的钙离子（Ca2+）或 +3价的钇离子（Y3+）在进入ZrO2晶体后会置换出+4价的锆离子 （Zr4+），从而在晶体中生成氧离子空穴，此空穴带正二价电荷，锆晶体便成为一种良好的氧离子导体，处于晶格点阵 上的氧离子就可以通过晶格中的氧离子空穴而迁移。
氧化锆测量含氧量的基本原理是利用所谓的“氧浓差电势”，即在一 块氧化锆两侧分别附以多孔的铂电极(又称“铂黑”)，并使其处于高 温下。如果两侧气体中的含氧量不同，那么在两电极间就会出现电动 势。此电动势是由于固体电解质两侧气体的含氧浓度不同而产生的， 故叫氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池。
p1
p2 ＞ p1
图 6—1 氧浓差电池原理
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，高温下在多孔铂电极中变成原子氧，然后扩散到固体电解质和电极界面上。 由于固体电解质内有氧离子空穴，扩散来的氧原子便从周围捕获两个电子变成氧离子 进入氧离子空穴，同时产生两个电子空穴。铂电极中自由电子浓度高且逸出功小，所 以产生的两个电子空穴立即从铂电极上夺取两个电子而达中和。当氧离子空穴被氧离 子填充后，形成一个完整的晶格结构。由于在电极上和固体电解质界面上氧离子空穴 中氧离子浓度较高，在扩散作用下，进入氧离子空穴的氧离子还会跑出来，去填补靠 近的氧离子空穴，空出来的位置又由新进入的氧离子所填补。这样直到氧离子到达另 一电极，释放出两个电子成为氧原子，并与其它氧原子结合成为氧分子。应当指出， 氧离子的这种扩散迁移是双向的，但由于氧浓差电池的两侧气体的含氧浓度不同，氧 分压不同，所以总的趋势是氧离子从含氧浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散，即氧从 电极1上得到电子，通过氧离子空穴迁移到电极2后释放出电子，变为氧气。这时在电 极1上（阴极——进行还原反应的电极）产生下列反应：
二、氧化锆传感器结构
氧化锆传感器也称氧化锆探头，带恒温装置的氧化锆传感器结构示意 图。
一般使用时，氧化锆管内部通入参比气体——空气，外部则流过被经 陶瓷过滤器过滤过的被测气体——烟气。陶瓷过滤器主要用来滤除烟 气中的杂质颗粒（如烟尘、炭粉等）并可对信号起阻尼作用，防止指 针抖动。
烟道炉墙
电炉丝加热装
E RT ln p2 / p
由于在混合气体中nF，某气p体1 组/ p分的分压力由浓与上差式电总可池压知工，作力当温氧度之T比等
，某气由体于在组混分合的气体分中压，力某与气体总组压分力的分之压比力等与于总压该力组之分比一等的定于，体该以积及组参分浓比度气，即
的体积浓度，即
p / p p ， 体的氧浓度一定时， 1 电池1 产生的氧浓差2
项目六 氧化锆氧量计 任务二十 氧化锆氧量计的测量原理
任务二十 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。现在电厂 几乎全部使用氧化锆。
氧化锆也称二氧化锆，分子是由一个锆原子和两个氧原子结合而成。 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。
以（6—则 2）式可写1 为p1 / p ， 2 p2 / p
电势与被测气体的 含氧浓度（即含氧 量）成单值函数关
系。通过测量氧浓
RT ln 2
E RT ln 2 nF 1
差电势E就可以得到 被测气体的含氧量。
（6—3）
由于空气的含氧量为20.8%，且成本低廉，所以在分析炉烟中的 含氧量时，一般常用空气作为参比气体。下图是以空气作为参比气体 的情况下，不同温度下，氧浓差电势与被测气体的含氧量之间的关系。
置
氧
化
锆
烟
管
气
内
流
烟
动
气
方
流
向
动
空
氧化锆测 量管
新鲜空气流 动方向
气 流 动
热电偶
隔
离
新鲜空气导管
板
方
向
氧量口
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
O2 4e 2O 2 （还原反应）
到达电极2后，在电极2上（阳极——进行氧化反应的电极）将产生下列反应：
2O 2 O2 4e （氧化反应）
这样在电极上产生了电荷的积累，从而在两极板间建立了电场，此电场将阻止这种 迁移的进一步进行，直至达到动态平衡状态，此时在两极板间形成电势。
氧浓差电势的大小可由能斯特（Nerenst）公式计算得出：