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氧化锆探头原理 [复制链接]
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发表于 2024-7-22 15:31:47 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 中国浙江杭州
  氧化锆探头,又称氧化锆氧传感器,其原理主要基于氧化锆陶瓷在高温下的氧离子导电特性。以下是详细的原理说明:

  一、基本原理
  1.氧离子导电性:氧化锆(ZrO₂)陶瓷在高温(通常650℃以上)环境中具有显著的氧离子导电特性。这种导电性是通过晶格内的氧离子空位实现的,每加入二个钇离子就建立一个氧离子空位,ZrO₂的缺陷浓度主要决定于添加剂的加入量,而与温度和环境气氛无关。
  2.浓差电池效应:当氧化锆陶瓷两侧的气体中存在不同的氧浓度时,高浓度侧的氧分子被吸附在铂电极上与电子结合形成氧离子(O²⁻),氧离子通过氧化锆陶瓷中的氧离子空位迁移到低浓度侧,并在该侧放出电子重新转化为氧分子。这一过程中,两个铂电极之间会产生一定的电动势,即氧电势。

  二、结构组成
  氧化锆探头通常由金属外壳、测量电池、加热器、热电偶、过滤元件以及电缆接线端子等组成。
  测量电池是探头的核心部分,其结构一般为三层:铂(电极)—氧化锆(电解质)—铂(电极)。铂电极是多孔性的,以便于气体扩散和电极反应。

  三、工作原理
  在一定温度条件下,氧化锆探头两侧的气体分别存在不同的氧浓度。高浓度侧的氧分子在铂电极上形成氧离子,并通过氧化锆陶瓷迁移到低浓度侧,产生电动势。
  这个电动势(氧电势)与两侧气体的氧浓度差成正比,且服从能斯特方程。通过测量这个电动势,并结合炉内温度,可以计算出被测气体的氧分压或氧浓度。

  四、应用特点
  1.响应时间短:氧化锆探头的响应时间通常在0.1s~0.2s之间,能够快速响应气体中氧浓度的变化。
  2.测量范围广:测量范围从ppm级到百分含量级,适用于多种工业应用场合。
  3.使用温度高:可在500℃~1200℃的高温环境中工作,适用于高温炉膛等场合。
  4.安装简便:探头采用螺旋型安装方式,用户只需在所需安装部位钻孔加装固定螺母或法兰盘,然后将探头旋入即可。

  五、安装与注意事项
  1.采样测量点:确定合适的测量点是首要工作,通常选择能代表被测气体特性的位置。
  2.安装方式:可采用水平或垂直方式安装,垂直安装较为理想。
  3.专用接头:使用专用法兰接头进行安装,确保密封性。
  4.信号线:信号引出线最好使用屏蔽线,以消除外界干扰。
  5.标定与校准:定期使用标准气体对探头进行标定和校准,确保测量准确性。

  综上所述,氧化锆探头通过利用氧化锆陶瓷在高温下的氧离子导电特性,结合浓差电池效应,实现了对气体中氧浓度的快速、准确测量。

  文章资料来源于:http://www.cd-lt.com/转载请注明!

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