氧探头是利用氧化锆陶瓷敏感元件来测量各类应用环境下的氧含量的,通过它以求实现工业加热炉燃烧过程自动控制,以及热处理可控气氛炉对零件的质量控制。
ZrOa 锆头的导电机制ZrO2是典型的离子晶体,ZrO2中添加的二价或三价立方对称氧化物,CaO、如MgO、Y2O3和其它三价稀土氧化物时,在适当的加热和冷却条件下可以使 ZrO2在600℃以上时成为氧的快离子导体,人们称它为固体电解质。这种陶瓷材料对氧具有高度的敏感性,选择性亦好,用它作成的氧探头(又称氧传感器)广泛应用于工业炉和环境保护。ZrO2固体电解质是离子导电体,它是通过晶格内的氧离子空位来实现导电的,锆的导价金属氧化物的加入在ZrO2 晶格中产生了大量的氧离子空位。每加入二个钇离子就建立一个氧离子空位,ZrO2的缺陷浓度主要决定于添加剂的加入量,而与温度和环境气氛无关。ZrO2 的离子导电就是通过 ZrO2 内的氧离子的迁移来实现的。
氧传感器的测氧原理:在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极,在一定温度下,当电解质两侧氧浓度不同时,高浓度侧(II侧Pref)的氧分子被吸附在铂电极上与电子(4e) 结合形成氧离子O2-,使该电极带正电,O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓 度侧(I侧 Po2)的 Pt 电极上放出电子,转化成氧分子,使该电极带负电。两个电极的反应式分别为:在 II 侧(1)在I侧(2)这样在两个电极间便产生了一定的电动势,氧化锆电解质、Pt 电极及两侧不同氧浓度的气体组成氧探头即所谓氧化锆浓差电池。这种电池电动势产生的原动力是两侧电极上氧的化学位差。1933 年Wagner确立了原电池电动势与两侧化学位之间的关系为:(3) 式中,n 为电极反应得失数,这里n=4e;F为法拉第常数;和分别为低氧浓度和高氧浓度侧电极氧的化学位;t1为离子迁移数。如把氧气看成理想气体,则有(4)式中,为氧的标准化学位;R为气体常数;T 为温度,PO2 为氧分压。假定t1,对(3)式积分并将(4)式代入,经整理可得(5)此式即的能斯脱关系式。它是氧探头测氧的基础。在氧探头中,高浓度侧气体用已知氧浓度(Pref)的气体作为参比气,如用空气,则 Pref=20.6%。将此值及(5)式中的常数项合并。则得参比气为空气的能斯特公式E=0.0215Tln0.2095/PO2(6)可见,如能测出氧探头的输出电动势E和被测气体的温度T,即可算出被测气体的氧分压(浓度)PO2。在实际应用中,通过检测气体的氧电势及温度,通过以能斯特公式为基础的数学模型,就可以推算出被测气体的氧含量(百分比)。这就是泽天传感氧化锆氧探头的基本检测原理。合资氧探头规格600mm800mm1000mm1200mm