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氧化鋯測(cè)氧儀測(cè)氧原理及維護(hù)使用

作者: 時(shí)間:2012-11-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1989年能斯特(Nernst)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定氧化鋯在高溫下呈現(xiàn)的離子導(dǎo)電現(xiàn)象,在此后的一段時(shí)期內(nèi),盡管人們對(duì)這種具有離子導(dǎo)電性能的物質(zhì)——固體電解質(zhì)進(jìn)行了種種研究,但進(jìn)展較小。在所有固體電解質(zhì)中,目前氧化鋯是研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用得最普遍的一種,它已在高溫技術(shù),特別是高溫測(cè)試技術(shù)上得到廣泛應(yīng)用。

與現(xiàn)有測(cè)氧儀表 (如磁氧分析器、電化學(xué)式氧量計(jì)、氣象色譜儀等)相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,響應(yīng)時(shí)間短 (0.1~0.2S),測(cè)量范圍寬(從ppm到百分含量),使用溫度高(600~1200℃),運(yùn)行可靠,安裝方便,維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

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圖 1為示意。

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在氧化鋯電解質(zhì)(ZrO管)的兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑(Pc)電極,在一定溫度下,當(dāng)電解質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時(shí),高濃度側(cè) (空氣 )的氧分子被 吸附在鉑電極上與電子 (4e)結(jié)合形成氧離子O2-,使該電極帶正電。O2-離子通過(guò)電解質(zhì) 中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(cè) 的 n 電極上放出電子,轉(zhuǎn)化成氧分子,使該電極帶負(fù)電。兩個(gè)電極的反應(yīng)式分別為:

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這樣在兩個(gè)電極間便產(chǎn)生了一定的電動(dòng)勢(shì),氧化鋯 電解質(zhì)、Pt電極及兩側(cè)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(jí)之間的電動(dòng)勢(shì) 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(shù) ,8.314W ·S/mol;
T--絕對(duì)溫度 ,K;
n——電子轉(zhuǎn)移數(shù) ,在此為 4;
F-- 法拉第常數(shù) ,96500C;
P0——參 比氣體氧濃度百分?jǐn)?shù) ;
P1——待測(cè)氣體氧濃度百分?jǐn)?shù)。

它是氧化鋯測(cè)氧的基礎(chǔ),當(dāng)氧化鋯管處的溫度被加熱到 600—1400oC時(shí),高濃度側(cè)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(shù)項(xiàng)合并,加之實(shí)際氧化鋯電池存在溫差 電勢(shì)、接觸電勢(shì)、參比電勢(shì)、極化電勢(shì),從而產(chǎn)生本地電勢(shì) C(mV)。

實(shí)際計(jì)算公式為:

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

2 氧探頭的形式

按檢測(cè)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(guò)導(dǎo)引管,將被測(cè)氣體導(dǎo)入氧化鋯檢測(cè)室,再通過(guò)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(yōu)點(diǎn)是不受檢測(cè)氣體溫度的影響,通過(guò)采用不同的導(dǎo)流管可以檢測(cè)各種溫度氣體中的氧含量,這種靈活性被運(yùn)用在許多工業(yè)在線檢測(cè)上。其缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間慢;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,容易影響檢測(cè)精度;在被檢測(cè)氣體雜質(zhì)較多時(shí),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(xì)小粉塵的堵塞而失效;加熱器一般用電爐絲加熱,壽命不長(zhǎng)。

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