氧化鋯傳感器的原理和優(yōu)勢
更新時間：2022-06-23 點擊次數(shù)：888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，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：
氧化鋯傳感器原理是使用氧化鋯陶瓷敏感元件測量各種加熱爐或排氣管中的氧勢，并根據(jù)化學(xué)平衡原理計算相應(yīng)的氧濃度，以監(jiān)測和控制爐內(nèi)的燃燒空氣比，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。并且測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。它是目前測量燃燒氣氛的最佳方式，結(jié)構(gòu)簡單?？焖夙憫?yīng)、易于維護、易于使用、精確測量。氧化鋯傳感器用于燃燒氣氛測量和控制不僅可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)勢還在于縮短生產(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)部會發(fā)生一系列反應(yīng)，并且氧離子遷移。此時，可以通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極測量穩(wěn)定的毫伏級信號，我們將其稱為氧勢。
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（mv），Tk是爐內(nèi)的絕對溫度（K），P1和P2是兩側(cè)氣體的氧分壓，二氧化鋯。在實際應(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。另一方面是要測量的氣體，這是我們想要檢測的爐子中的氣氛。氧化鋯傳感器輸出的信號是氧勢信號。通過能斯特方程，我們可以得到氧氣分壓與爐內(nèi)氣氛中的氧勢之間的關(guān)系。
當(dāng)參考?xì)怏w是空氣時，它可以表示為：其中E是氧化鋯傳感器輸出氧勢；Tk是爐內(nèi)的絕對溫度；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上式直接測量。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E和氧分壓濃度PO2之間的對應(yīng)關(guān)系。對于zui確的、此方法也是最準(zhǔn)確的校準(zhǔn)方法。
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