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浅析氧化锆分析仪

2020-11-19

自然界中氧气是一种特殊的存在,而对氧气的检测分析也有多种特殊方法,除了电化学、顺磁法外,氧化锆也是检测氧气的特有方法。由于这种方法具有成本低、响应速度快、可靠性高等特点,是氧化锆分析仪

一、氧化锆氧传感器基础原理

   1889年,一个25岁的德国青年物理化学家能斯特发现氧化锆在高温下呈现离子导电现象,如图1所示。简单说就是氧化锆在高温下会发生电离,内部出现可流动的氧离子。当氧化锆两侧涂抹上铂电极,氧化锆两侧氧气浓度存在差异时,且在铂电极高温催化下电离出氧离子,氧离子便能透过氧化锆从高浓度侧流向低浓度侧,产生电势差,且浓度差越大电势差越大。依据这一基本特性就可以研制出不同类型的氧化锆氧传感器

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二、氧化锆氧传感器

    基础理论的突破可以带来应用研究的迅猛发展,氧化锆离子导电现象的发现,在半个世纪后终于带来了氧气检测技术的突飞猛进。根据这一发现,实现了不同类型的氧传感器,主要包括浓度差型

(1)浓度差型

   这是*基本的结构,是对氧化锆氧离子导电的直接应用,原理在一根锆管内外涂有电极,电极既有辅助导电作用。锆管内外一边为参比气体、一边为被测气体。参比气体一般要求保持恒定,比如暴露在空气中以空气作为参比。另一边是被测气,当被测气与参比气产生浓度差时,两电极之间就产生电势差。该类传感器还需要用一个加热装置将锆管加热到700℃以上才能正常工作。氧化锆氧传感器的实现是一个非常复杂的工艺过程,氧化锆材料处理、掺杂、成型、结构、涂电极、烧结、封装等过程都对*后的性能有重要影响。

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 三、氧化锆氧传感器的特点与应用

     氧化锆已经实现了工业化生产,特别是测高纯氮中微量氧的品质保证了氧传感器的质量,同时也大大降低了传感器成本。由于氧化锆氧传感器一般需要在700℃以上高温使用,且属于接触式测量,不宜在一些场合使用。综合来看,氧化锆氧传感器优势非常明显,但也存在不少使用禁忌,氧化锆氧传感器良好的性能表现,除了一些特殊场合外,在汽车燃烧效率测量、烟道中氧气测量、工业过程氧气测量、空气中氧气测量等等领域有着广泛应用,但一般不能应用于过程安全监控领域。

除了常规的氧气监测外,氧化锆实际检测的是氧离子,利用这一特性,还可以发展出其他的应用,主要有高温水气的测量、氮氧化物测量以及作为色谱检测器测量惰性气体中的微量杂质。

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