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氧化锆氧分析器的工作原理

在一片高致密的氧化锆固体电解质的两侧，用烧结的方法制成几微米到几十微米厚的多孔铂层作为电极，再在电极上焊上铂丝作为引线；

就构成了氧浓差电池，如果电池左侧通入参比气体(空气)。其氧分压为po;电池右侧通入被测气体，其氧分压为p1(未知)。

设po>p1，在高温下(650~850oC)， 氧就会从分压大的Po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po侧P1侧，而是氧分子离解成氧离子后通过氧化锆的过程。

在750oC左右的高温中，在铂电极的催化作用下，,在电池的po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(O2-)进入电解质，即

O2(pn)+4e→2O2-

po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。

这些氧离子进人电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的p1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-→ O2(P1)+4e

p1侧的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，称之为氧浓差电动势。

当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成氧离子，电路中就有电流通过。

氧化锆氧量分析仪的选购和使用方式

在化学实验室中，氧化锆氧量分析仪是一种常见的分析仪表，因为它也是属于一种化学室精密仪器，因此在使用和购买氧化锆氧量分析仪的时候就需要特别进行注意，尤其是在使用的过程中。

选购氧化锆氧量分析仪的时候，需要注意的就是它的密封性了，若是混入了其他的气体，就会导致实验出现误差。

氧化锆氧量分析仪在使用的过程中，要保证其浓差电势与探头的工作温度成正比，因此氧化锆探头就应处于恒温的工作状态下，或者是采取温度不畅等措施来保证其工作温度。

为了保证测量的灵敏度和准确度，探测器的工作温度还应选择在恰当的工作温度下，工作温度选择较低，就会导致其灵敏度下降，当温度过低的时候，氧化锆就会出现较高的内阻，从而使得电势的正确测量困难。

然而若是温度较高的时候，由于烟气中的可燃性物质，就会与氧迅速化合，从而形成燃料电池，输出量会增大;在使用氧化锆氧量分析仪的时候，其管内外两侧的气体要不断地流动更新，否则含氧量就会逐渐平衡，从而使得输出下降。

使用氧化锆氧量分析仪之前，要低其进行正确的安装，并在安装前进行校验，在使用的过程中也需要定期进行校验，校验的时候所采用的方式为使用已经配好的标准气样作为测量气体，分别从校验气口通入氧化锆的探头中。在使用了一段时间后，氧化锆氧量分析仪的探头就会出现老化的现象，主要表现为本底电势和内阻出现误差。

了解氧化锆氧量分析仪的工业应用

氧化锆氧量分析仪由于氧探头的温度由加热器控制，因此测量精度高，工作可靠，但响应时间取决于气体的流量。

直插式氧化锆氧量分析仪器已广泛应用在锅炉和加热炉的烟气含氧量的测定，作此用途的氧探头多采用管状结构，此管可以两端开口，也可以单端开口，目前市场出现很多的是后一种。ZrO2管内外壁上涂有多孔Pt电极，由内外电极分别向管端引伸并在端部接出Ni Cr丝作信号输出用，从而控制燃烧系统实现低氧燃烧，达到降低热能损失，节约能源的目的。

氧化锆氧量分析仪的安装可采用水平或垂直方式，其中垂直安装较理想。不管采用何种方式，探头采样管引导板的方向应该尽量正对被测气流的方向，氧化锆分析仪在初始安装的时，先通过了解工艺，确定基本方向。然后在系统通电加热探头以后，旋转采样管方向，使用数字万用表观察输出氧电势的波动情况来确定比较好的引导方向。

氧化锆氧量分析仪安装所用接头为法兰接头，配装石棉垫压接，以确保密封，否则因为一般炉内为负压，该处法兰接头处漏气会影响测量精度或造成信号波动。氧化锆氧量分析仪的信号引出线尽量用屏蔽线，以消除干扰。较佳方式是使用2根2芯电缆，一根2芯屏蔽电缆接氧电势输出信号，氧化锆分析仪一根2芯KVV控制电缆接探头加热连接端;如果现场条件不具备可直接使用一根4芯KVV电缆连接探头氧电势信号和加热端。

氧化锆氧量分析仪的标气口平时关闭，只在标定气体的时候使用;吹扫气口连接气泵或者压缩空气管路，吹扫口进气一般用一个电磁阀等阀门控制，一定周期开启一次，通入气体吹扫采样管，探头正常检测时阀门关闭，不能有其他气体进入采样管。使用厂方的压缩空气吹扫探头必须保证压缩空气中不含有水份，即对所采用的压缩空气必须进行的气水分离处理。

使用氧化锆氧量分析仪时必须注意哪些问题

为了正确测量气体中氧的容积含量（含氧量），使用时必须注意以下几点。①因为氧浓差电动势与氧化锆管的工作温度呈正比关系，因此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，以使输出不受温度影响。另外，当工作温度过低时，氧化锆内阻很高，要正确测量电动势比较困难，故要求氧化锆管的工作温度在600℃以上，以使输出增大。目前常用的工作温度为800℃左右。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的氧浓度之比，因为当压力不同时，如氧浓度相同，氧分压也是不同的。例如，空气中的氧浓度为20. 8%，是定值，但空气中的氧分压值却是随空气压力而变化的。③因氧浓差电池有使两侧氧浓度趋于一致的倾向，因此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。④氧化锆材料的阻抗很高，并且随工作温度降低按指数曲线上升，为了准确测量输出电动势，二次仪表必须具有很高的输入阻抗。此外，氧浓差电动势输出用作自动调节信号时，还应使月线性化电路把氧浓度与电动势之间的对数关系转换成线性关系。目前氧化锆材料存在的问题是：在高温下膨胀，易出现裂纹或使铂电极脱落；在氧化锆管表面有尘粒等污染时往往会造成较大的测量误差，所以在使用过程中要经常清理。