氧化鋯傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)
更新時(shí)間：2022-06-23 點(diǎn)擊次數(shù)：829次
氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本w，因此純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以當(dāng)在ZrO2中摻人一定量的穩(wěn)定劑Y2O3時(shí)，由于Y3+置換了Zr4+的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴，另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體，因此又稱它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上分析，穩(wěn)定氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的良好導(dǎo)體。 氧化鋯傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)：
氧化鋯傳感器原理是使用氧化鋯陶瓷敏感元件測(cè)量各種加熱爐或排氣管中的氧勢(shì)，并根據(jù)化學(xué)平衡原理計(jì)算相應(yīng)的氧濃度，以監(jiān)測(cè)和控制爐內(nèi)的燃燒空氣比，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。并且測(cè)量元件具有廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、燃油燃燒、燃?xì)馊紵葼t內(nèi)氣氛控制。它是目前測(cè)量燃燒氣氛的最佳方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？焖夙憫?yīng)、易于維護(hù)、易于使用、精確測(cè)量。氧化鋯傳感器用于燃燒氣氛測(cè)量和控制不僅可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)勢(shì)還在于縮短生產(chǎn)周期并節(jié)省能源。
氧化鋯傳感器是使用穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷的氧離子傳導(dǎo)特性在650℃或更高的環(huán)境中設(shè)計(jì)的。在一定的溫度條件下，如果氧化鋯塊體陶瓷兩側(cè)的氣體中存在不同的氧分壓（即氧濃度），則氧化鋯陶瓷內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)，并且氧離子遷移。此時(shí)，可以通過(guò)二氧化鋯兩側(cè)的引出電極測(cè)量穩(wěn)定的毫伏級(jí)信號(hào)，我們將其稱為氧勢(shì)。
氧化鋯傳感器遵循能斯特方程：其中E是氧化鋯傳感器輸出的氧勢(shì)（mv），Tk是爐內(nèi)的絕對(duì)溫度（K），P1和P2是兩側(cè)氣體的氧分壓，二氧化鋯。在實(shí)際應(yīng)用中，將二氧化鋯的一側(cè)引入已知氧濃度的氣體（通常是空氣）中，我們將其稱為參考?xì)怏w。另一方面是要測(cè)量的氣體，這是我們想要檢測(cè)的爐子中的氣氛。氧化鋯傳感器輸出的信號(hào)是氧勢(shì)信號(hào)。通過(guò)能斯特方程，我們可以得到氧氣分壓與爐內(nèi)氣氛中的氧勢(shì)之間的關(guān)系。
當(dāng)參考?xì)怏w是空氣時(shí)，它可以表示為：其中E是氧化鋯傳感器輸出氧勢(shì)；Tk是爐內(nèi)的絕對(duì)溫度；P02是爐內(nèi)的氧分壓。我們的氧化鋯傳感器產(chǎn)品配有自加熱裝置。溫度通常保證在700℃，因此TK值基本恒定，因此爐內(nèi)的氧分壓濃度可以通過(guò)上式直接測(cè)量。在工程應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)氣體用于校準(zhǔn)氧化鋯傳感器輸出氧勢(shì)E和氧分壓濃度PO2之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于zui確的、此方法也是最準(zhǔn)確的校準(zhǔn)方法。
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