氧化锆氧探头测氧原理
在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极,在一定温度下,当电解质两侧氧浓度不同时,高浓度侧(空气)的氧分子被吸附在铂电极上与电子(4e)结合形成氧离子O2-,使该电极带正电,O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧的Pt电极上放出电子,转化成氧分子,使该电极带负电。两个电极的反应式分别为:
参比侧:O2+4e——2O2-
测量侧:2O2--4e——O2
这样在两个电极间便产生了一定的电动势,氧化锆电解质、Pt电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。两级之间的电动势E由能斯特公式求得:可
E= (1)
式中,EmV―浓差电池输出,
n 4―电子转移数,在此为
R理想气体常数,8.314 W•S/mol —
T (K) F96500 C;PP1——待测气体氧浓度百分数0——参比气体氧浓度百分数 —法拉第常数,—绝对温度
该分式是氧探头测氧的基础,当氧化锆管处的温度被加热到600℃~1400℃时,高浓度侧气体用已知氧浓度的气体作为参比气,如用空气,则P,将此值及公式中的常数项合并,又实际氧化锆电池存在温差电势、接触电势、参比电势、极化电势,从而产生本地电势CmV)实际计算公式为:(0 =20.6%
EmV)=0.0496Tln(0.2095/P1)±CmV)((
C本地电势(新镐头通常为±1mV) =
可见,如能测出氧探头的输出电动势E和被测气体的绝对温度T,即可算出被测气体的氧分压(浓度)P1 ,这就是氧化锆氧探头的基本检测原理。
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