技術(shù)文章
Technical articles工作原理
氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化鋯,在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度,在傳感器中設(shè)置了加熱器。用氧分析儀內(nèi)的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。氧化鋯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀(又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。
主要原理
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微型電爐內(nèi),位于整個探頭的頂端。
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(yīng):
O(P0)+4e-→2O-2
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(yīng):
2O-2 →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,該電勢信號符合"能斯特"方程:
E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)