電化學氧分析儀、氧化鋯氧分析儀的原理及應用

氧分析儀是一種工業過程分析儀表，主要用于各種工業過程混合氣體中氧含量檢測。多應用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高溫燒結爐保護氣體、電子行業保護性氣體以及玻璃、建材行業等行業。根據不同的工況工藝，有不同原理的氧分析儀，具體分為電化學式氧分析儀（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，各自有著不同的優缺點。

一、電化學氧分析儀

電化學氧氣分析儀的的核心元件是一個電化學氧氣傳感器。常見的電化學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口傳感器，然后通過一個疏水膜擴散進入，終到達電極表面。傳感器的結構設計保證會有適量的氣體進入與感應電極反應產生足夠的電信號，并同時防止電解液泄漏出傳感器。通過疏水膜擴散進入傳感器里的氣體在感應電極發生氧化/還原反應，電極間連接一個電阻，這樣，陰極和陽極間會產生一個與氧濃度成正比的電流。通過檢測這個電流，就反應出氣體中的氧濃度。

電化學氧分析儀優點：

· 相對來說通用性好

· 價格適中

· 測量精度、準確的都不錯

電化學氧分析儀缺點：

· 傳感器壽命短（化學原理有消耗性）

· 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，一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜 晶體，當溫度升高到一定溫度時，晶型轉變為立方晶體，同時約有 7%的體積收 縮；當溫度降低時，又變為單斜晶體。若反復加熱與冷卻，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）作穩定劑，再經過高溫焙燒，則變為穩定的氧化鋯材料，這 時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產生氧離子空穴，所以 ZrO2 屬于陰離子固體電解質。ZrO2 主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到 600℃ 以上時，ZrO2 就變為良好的氧離子導體。

在氧化鋯電解質的兩面各燒結一個鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時， 氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一 側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在 兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側氣體中氧氣含量 的差（氧濃差）有關。若一側氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數），則另 一側氧氣含量（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