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)過程分析儀表，主要用于各種工業(yè)過程混合氣體中氧含量檢測。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。

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電化學(xué)氧氣傳感器。常見的電化學(xué)氧氣傳感器由一個傳感電極（或工作電極）和一個對電極組成，兩個電極間有一層薄薄的電解液。要檢測的氣體先通過一個小的毛細(xì)口傳感器，然后通過一個疏水膜擴(kuò)散進(jìn)入，終到達(dá)電極表面。傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證會有適量的氣體進(jìn)入與感應(yīng)電極反應(yīng)產(chǎn)生足夠的電信號，并同時防止電解液泄漏出傳感器。通過疏水膜擴(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)，電極間連接一個電阻，這樣，陰極和陽極間會產(chǎn)生一個與氧濃度成正比的電流。通過檢測這個電流，就反應(yīng)出氣體中的氧濃度。

電化學(xué)氧分析儀優(yōu)點：

· 相對來說通用性好

· 價格適中

· 測量精度、準(zhǔn)確的都不錯

電化學(xué)氧分析儀缺點：

· 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，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時約有 7%的體積收 縮；當(dāng)溫度降低時，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO2 就會破裂。

因 此，純凈的 ZrO2 不能用作測量元件。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)過高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料，這 時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產(chǎn)生氧離子空穴，所以 ZrO2 屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2 主要通過空穴的運動而導(dǎo)電，當(dāng)溫度達(dá)到 600℃ 以上時，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)一個鉑電極，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時， 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。此電勢在溫度一定時只與兩側(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）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢， 便可知道煙氣中氧氣含量。

因為氧化鋯的耐高溫特性，多應(yīng)用于溫度條件相對較高的工況（窯爐、鍋爐）

氧化鋯氧分析儀優(yōu)點：

· 不受檢測氣體溫度的影響（氧化鋯氧量分析儀耐高溫）

· 通過不同導(dǎo)流管可檢測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：

· 采樣氣體雜質(zhì)較多時，有可能堵塞采樣管

· 多孔鉑電極易受到被測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