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        氧化鋯測氧儀測氧原理及維護使用

        作者: 時間:2012-11-24 來源:網絡 收藏
        1989年能斯特(Nernst)發現穩定氧化鋯在高溫下呈現的離子導電現象,在此后的一段時期內,盡管人們對這種具有離子導電性能的物質——固體電解質進行了種種研究,但進展較小。在所有固體電解質中,目前氧化鋯是研究和開發應用得最普遍的一種,它已在高溫技術,特別是高溫測試技術上得到廣泛應用。

        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 (0.1~0.2S),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,維護量小等優點。

        1

        圖 1為示意。

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        在氧化鋯電解質(ZrO管)的兩側面分別燒結上多孔鉑(Pc)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 n 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:

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        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可由能斯特公式求得:

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        式中:E——濃差 電池輸出,mV;
        R——理想氣體常數 ,8.314W ·S/mol;
        T--絕對溫度 ,K;
        n——電子轉移數 ,在此為 4;
        F-- 法拉第常數 ,96500C;
        P0——參 比氣體氧濃度百分數 ;
        P1——待測氣體氧濃度百分數。

        它是氧化鋯測氧的基礎,當氧化鋯管處的溫度被加熱到 600—1400oC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P0=20.6%。將此值及公式中的常數項合并,加之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 C(mV)。

        實際計算公式為:

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        可見,如能測出氧探頭的輸出電動勢 E和被測氣體的絕對溫度,即可算出被測氣體的氧分壓(濃度)P。這就是氧化鋯測 氧儀測氧的基本原理。

        2 氧探頭的形式

        按檢測方式的不同,氧化鋯氧量分析儀探頭分為兩大類:式氧探頭及直插式氧探頭。

        1、

        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(如圖2)。其優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在線檢測上。其缺點是反應時間慢;結構復雜,容易影響檢測精度;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。

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