氧(yang)化(hua)鋯測(ce)量(liang)氧(yang)氣(qi)的(de)基礎知(zhi)識

　　氧(yang)化(hua)鋯探頭是利用氧(yang)化(hua)鋯濃(nong)差(cha)電(dian)勢(shi)來(lai)測(ce)定(ding)氧(yang)含(han)量(liang)的(de)傳感(gan)器，其核心的(de)氧(yang)化(hua)鋯管(guan)安置在壹微(wei)型(xing)電(dian)爐內(nei)，位於(yu)整(zheng)個探頭的頂(ding)端(duan)。
 

　　氧化(hua)鋯管(guan)是由氧化(hua)鋯材料摻以壹定(ding)量(liang)的氧(yang)化(hua)釔(yi)或(huo)氧化(hua)鈣(gai)經(jing)高(gao)溫(wen)燒結(jie)後形成的穩(wen)定(ding)的(de)氧化(hua)鋯陶(tao)瓷燒結(jie)體(ti)。由於(yu)它(ta)的立方晶(jing)格(ge)中(zhong)含(han)有(you)氧離(li)子空(kong)穴，因此(ci)在高(gao)溫(wen)下(xia)它(ta)是良好的氧離(li)子導體(ti)。因其這(zhe)壹特(te)性(xing)，在壹定(ding)高(gao)溫(wen)下(xia)，當(dang)鋯(gao)管(guan)兩邊的(de)氧(yang)含量不(bu)同(tong)時，它(ta)便是壹個(ge)典(dian)型的(de)氧濃(nong)差(cha)電(dian)池(chi)，在此(ci)電(dian)池中(zhong)，空(kong)氣(qi)是參比氣，它(ta)與煙氣(qi)分(fen)別(bie)位於(yu)內(nei)外電極(ji)。在實(shi)際的氧(yang)探頭中(zhong)，空(kong)氣(qi)流(liu)經(jing)外電極(ji)，煙(yan)氣(qi)流(liu)經(jing)內(nei)電極(ji)，當(dang)煙(yan)氣(qi)氧(yang)含(han)量P小(xiao)於(yu)空氣氧(yang)含(han)量P0(20.6%O2)時(shi)，空氣中(zhong)的(de)氧(yang)分子從(cong)外電極(ji)上(shang)奪(duo)取4個電子形(xing)成(cheng)2個(ge)氧離(li)子，發生如下(xia)電極(ji)反(fan)應：
 

　　O(P0)+4e-→2O-2
 

　　氧離(li)子在氧(yang)化(hua)鋯管(guan)中(zhong)迅(xun)速(su)遷(qian)移到煙氣邊，在內(nei)電極(ji)上(shang)發生相(xiang)反(fan)的電極(ji)反(fan)應：
 

　　2O-2 →O(P0)+4e-
 

　　由於(yu)氧(yang)濃(nong)差(cha)導致氧離(li)子從(cong)空(kong)氣(qi)邊遷(qian)移到煙氣邊，因而(er)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)勢又(you)導致氧 離(li)子從(cong)煙(yan)氣(qi)邊反(fan)向遷(qian)移到空氣邊，當(dang)這(zhe)兩種遷(qian)移達到平(ping)衡後，便在兩電極(ji)間(jian)產生(sheng)壹個(ge)與氧濃(nong)差(cha)有(you)關(guan)的電勢信號(hao)E,該(gai)電勢(shi)信號(hao)符(fu)合(he)"能(neng)斯(si)特(te)"方程(cheng)：
 

　　E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)
 

　　式(shi)中(zhong)R、F分(fen)別(bie)是氣(qi)體(ti)常數(shu)和法(fa)拉第(di)常數(shu)，T是鋯(gao)管(guan)溫度(K), P0是空(kong)氣(qi)氧(yang)含量(liang)(20.6%O2), P 是(shi)煙(yan)氣(qi)含(han)量(liang)。由(you)(1)式(shi)可見(jian)，在壹定(ding)的(de)高(gao)溫(wen)條件下(xia)(壹般(ban))600℃)，壹定(ding)的(de)煙氣(qi)氧(yang)含(han)量(liang)便會(hui)有壹對(dui)應(ying)的電(dian)勢(shi)輸出(chu)，在理(li)想(xiang)狀態下(xia)，其電勢(shi)值(zhi)在高(gao)溫(wen)區域(yu)內(nei)對應(ying)氧含(han)量(liang)
 

　　在理(li)想(xiang)狀態下(xia)，當(dang)被(bei)測(ce)煙(yan)氣(qi)與參比氣濃(nong)度壹樣(yang)時(shi)， 其輸出(chu)電(dian)勢E值(zhi)為(wei) 0 mV, 但(dan)在實(shi)際應用(yong)中(zhong)，鋯(gao)管(guan)實際條件和現場情(qing)況均(jun)不(bu)是(shi)理(li)想(xiang)狀態。 故(gu)事實(shi)上的(de)鋯管(guan)是(shi)偏(pian)離(li)此值(zhi)的(de)。實(shi)際上，壹定(ding)氧(yang)含量(liang)鋯(gao)管(guan)輸出(chu)的(de)電勢為(wei)理(li)論值(zhi)和(he)本(ben)底電(dian)勢(shi)的(de)和，我(wo)們稱為(wei)無濃(nong)差(cha)條件下(xia)鋯管輸出(chu)的(de)電勢值(zhi)為(wei)本(ben)底電(dian)勢(shi)或(huo)稱為零(ling)位電(dian)勢，此值(zhi)的(de)大(da)小(xiao)又(you)在不(bu)同(tong)溫度下(xia)呈(cheng)不(bu)同的值(zhi)， 並(bing)且(qie)隨(sui)鋯管使(shi)用期(qi)延長(chang)而(er)變化(hua)。 因此(ci)， 如不對此(ci)情況(kuang)處理(li)，會(hui)嚴重影(ying)響整(zheng)套(tao)測(ce)氧(yang)儀(yi)的準確(que)和探頭壽命。鑒(jian)於此(ci)，ZO-300系列氧(yang)分析(xi)儀(yi)采(cai)取了"雙(shuang)參(can)數校正法(fa)"，對探頭本(ben)底電(dian)勢(shi)作(zuo)特(te)殊(shu)處理(li)，彌(mi)補了鋯(gao)管(guan)的離(li)散性(xing)缺(que)陷(xian)，延長(chang)了探頭的使(shi)用壽命。