氧化鋯氧量分析儀工作原理

在高溫下，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)有氧濃差時(shí)，就形成了氧濃差電池，電池電動(dòng)勢(shì)的大小可依據(jù)Nernst公式計(jì)算。

公式中：

E-濃差電池輸出，mV;

n-電子轉(zhuǎn)移數(shù)，在此為4;

R-理想氣體常數(shù)，9.314 W*S/mol;

F-法拉第常數(shù),96500 C;

T-溫度,K;

P"Q-高濃度側(cè)氧分壓;

P"Q-低濃度側(cè)氧分壓。

在溫度700℃時(shí)，當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣（20.6%）時(shí)，由濃差電池輸出電動(dòng)勢(shì)E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測(cè)氧原理。

氧化鋯氧分析器的工作原理

在一片高致密的氧化鋯固體電解質(zhì)的兩側(cè)，用燒結(jié)的方法制成幾微米到幾十微米厚的多孔鉑層作為電極，再在電極上焊上鉑絲作為引線；

就構(gòu)成了氧濃差電池，如果電池左側(cè)通入?yún)⒈葰怏w(空氣)。其氧分壓為po;電池右側(cè)通入被測(cè)氣體，其氧分壓為p1(未知)。

設(shè)po>p1，在高溫下(650~850oC)， 氧就會(huì)從分壓大的Po側(cè)向分壓小的P1側(cè)擴(kuò)散，這種擴(kuò)散，不是氧分子透過(guò)氧化鋯從po側(cè)P1側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后通過(guò)氧化鋯的過(guò)程。

在750oC左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，,在電池的po側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子，變成兩個(gè)氧離子(O2-)進(jìn)入電解質(zhì)，即

O2(pn) 4e→2O2-

po側(cè)的鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽(yáng)極。

這些氧離子進(jìn)人電解質(zhì)后，通過(guò)晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)右側(cè)的鉑電極，在電池的p1側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即

2O2-→ O2(P1) 4e

p1側(cè)的鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。

這樣在兩個(gè)電極上由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢(shì)，稱之為氧濃差電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)極上的電子就會(huì)通過(guò)外電路流到正極，再供給氧分子形成氧離子，電路中就有電流通過(guò)。

氧化鋯氧分析儀

氧化鋯測(cè)量含氧量的基本原理是利用所謂的“氧濃差電勢(shì)”，即在一塊氧化鋯兩側(cè)分別附以多孔的鉑電極(又稱“鉑黑”)，并使其處于高溫下。如果兩側(cè)氣體中的含氧量不同，那么在兩電極間就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。此電動(dòng)勢(shì)是由于固體電解質(zhì)兩側(cè)氣體的含氧濃度不同而產(chǎn)生的，故叫氧濃差電勢(shì)，這樣的裝置叫做氧濃差電池。

如在氧化鋯(ZrO2) 中加入一定數(shù)量的氧化鈣（CaO）， 2價(jià)的鈣離子（Ca2 ）在進(jìn)入ZrO2晶體后會(huì)置換出 4價(jià)的鋯離子（Zr4 ），由于鈣離子和鋯離子的離子價(jià)不同，因此在晶體中形成許多氧空穴。再高溫（750℃以上）下，如有外加電場(chǎng)，就會(huì)形成氧離子占據(jù)空穴的定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電。帶負(fù)電荷的氧離子占據(jù)空穴的運(yùn)動(dòng)，也就相當(dāng)于帶正電荷的空穴做反向運(yùn)動(dòng)，因此，也可以說(shuō)固體電解質(zhì)是靠空穴導(dǎo)電的，這和P型半導(dǎo)體靠空穴導(dǎo)電機(jī)理相似。固體電解質(zhì)的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)，溫度越高，導(dǎo)電性能越強(qiáng)。