氧化鋯氧氣傳感器的工作原理
氧化鋯氧氣傳感器是利用氧化鋯陶瓷敏感元件測(cè)量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢(shì)，由化學(xué)平衡原理計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制爐內(nèi)燃燒空然比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達(dá)標(biāo)的測(cè)量元件，廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前佳的燃燒氣氛測(cè)量方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、維護(hù)容易、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用該傳感器進(jìn)行燃燒氣氛測(cè)量和控制既能穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源。
氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷，一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體， 當(dāng)溫度升高到 1150°C時(shí)，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有7%的體積收縮；當(dāng)溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO2就會(huì)破裂，因此，純凈的 ZrO2不能用作測(cè)量元件。如果 ZrO2中加入一定量的氧化鈣或氧化釔作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒， 則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料。這時(shí)，四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換， 同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴，所以 ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電， 當(dāng)溫度達(dá)到 600°C 以上時(shí)，ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。
在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個(gè)鉑電極，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí)，氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移，結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極推動(dòng)電子顯正電，而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電，因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)。此電勢(shì)在溫度一定時(shí)只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差（氧濃差）有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數(shù)），則另一側(cè)氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢(shì)表示，測(cè)出氧濃差電勢(shì)，便可知道煙氣中氧氣含量。當(dāng)溫度改變時(shí)，即使煙氣中氧氣含量不變，輸出的氧濃差電勢(shì)也要改變。所以，現(xiàn)在使用的氧化鋯氧氣傳感器均裝有恒溫裝置，使氧化鋯氧氣傳感器工作在恒定溫度下，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。
