浅析氧化锆氧量探头的工作原理

　　1989年能斯特发现稳定的氧化锆在高温下呈现的离子导电现象。从此氧化锆成为研究和开发应用最普遍的一种固体电解质，它已在高温技术，特别是高温测试技术上得到广泛应用。 由于氧化锆氧量探头与现有测氧仪表 (如磁氧分析器、电化学式氧量计、气象色谱仪等 )相比，响应时间0.1s～ 0.2s，测量范围从0-ppm到百分含量，使用温度500℃～ 1200℃。因此，在冶金、热处理、电力、陶瓷、汽车、环保等工业部门都可以见到氧化锆氧量探头的身影。
 

　　氧化锆氧传感器是利用稳定的二氧化锆陶瓷在650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而设计的。在一定的温度条件下，如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度)时，二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应，和氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电极，可测到稳定的毫伏级信号，我们称之为氧电势。它服从能斯特(Nernst)方程：式中E为氧传感器输出的氧电势(mv)，Tk为炉内的绝对温度(K)，P1和P2分别为二氧化锆两侧气体的氧分压。实际应用时，将二氧化锆的一侧通入已知氧浓度的气本(通常为空气)，我们称之为参比气。另一侧则是被测气体，就是我们要检测的炉内的气氛。氧传感器输出的信号就是氧电势信号，通过能斯特方程我们就可以得到被测炉气氛中的氧分压和氧电势的关系。参比气为空气时，可表示为：式中E为氧传感器输出氧电势;Tk为炉内的绝对温度;P02为炉内的氧分压。我们的氧传感器产品带有自加热装置，一般温度保证在700℃，这样TK数值基本是恒定的，从而通过上式可以直接测量出炉内氧分压浓度。工程应用中采用标准气体来标定氧传感器输出氧电势E和氧分压浓度PO2的对应关系，这种方法也是*准确、直接的标定方法。