電化學(xué)氧分析儀、氧化鋯氧分析儀的原理及應(yīng)用

氧分析儀是一種工業(yè)過(guò)程分析儀表，主要用于各種工業(yè)過(guò)程混合氣體中氧含量檢測(cè)。多應(yīng)用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高溫?zé)Y(jié)爐保護(hù)氣體、電子行業(yè)保護(hù)性氣體以及玻璃、建材行業(yè)等行業(yè)。根據(jù)不同的工況工藝，有不同原理的氧分析儀，具體分為電化學(xué)式氧分析儀（又名燃料電池法氧分析儀）、氧化鋯氧分析儀、磁氧分析儀（又名順磁氧分析儀）、激光式氧分析儀，不同原理的氧分析儀，各自有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、電化學(xué)氧分析儀

電化學(xué)氧氣分析儀的的核心元件是一個(gè)電化學(xué)氧氣傳感器。常見(jiàn)的電化學(xué)氧氣傳感器由一個(gè)傳感電極（或工作電極）和一個(gè)對(duì)電極組成，兩個(gè)電極間有一層薄薄的電解液。要檢測(cè)的氣體先通過(guò)一個(gè)小的毛細(xì)口傳感器，然后通過(guò)一個(gè)疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入，最終到達(dá)電極表面。傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證會(huì)有適量的氣體進(jìn)入與感應(yīng)電極反應(yīng)產(chǎn)生足夠的電信號(hào)，并同時(shí)防止電解液泄漏出傳感器。通過(guò)疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入傳感器里的氣體在感應(yīng)電極發(fā)生氧化/還原反應(yīng)，電極間連接一個(gè)電阻，這樣，陰極和陽(yáng)極間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與氧濃度成正比的電流。通過(guò)檢測(cè)這個(gè)電流，就反應(yīng)出氣體中的氧濃度。

電化學(xué)氧分析儀優(yōu)點(diǎn)：

· 相對(duì)來(lái)說(shuō)通用性好

· 價(jià)格適中

· 測(cè)量精度、準(zhǔn)確的都不錯(cuò)

電化學(xué)氧分析儀缺點(diǎn)：

· 傳感器壽命短（化學(xué)原理有消耗性）

· 傳感器容易受其他氣體影響（如腐蝕性氣體）

二、氧化鋯氧分析儀

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)溫度升高到一定溫度時(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。如果在 ZrO2 中加入一定量的氧化鈣（CaO） 或氧化釔（Y2O3）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℃ 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)鉑電極失去電子顯正電，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。

因?yàn)檠趸喌哪透邷靥匦裕鄳?yīng)用于溫度條件相對(duì)較高的工況（窯爐、鍋爐）

氧化鋯氧分析儀優(yōu)點(diǎn)：

· 不受檢測(cè)氣體溫度的影響（氧化鋯氧量分析儀耐高溫）

· 通過(guò)不同導(dǎo)流管可檢測(cè)各種溫度氣體中的氧含量

· 適用于溫度較高的工況

氧化鋯氧分析儀缺點(diǎn)：

· 采樣氣體雜質(zhì)較多時(shí)，有可能堵塞采樣管

· 多孔鉑電極易受到被測(cè)氣體中的腐蝕性氣體腐蝕而失效

· 加熱器一般用電爐絲加熱，壽命不長(zhǎng)