氧化锆氧量计测氧原理

内容小结
分析含氧 量意义
氧化锆 测氧原理
能斯托 公式ຫໍສະໝຸດ Baidu
氧化锆 使用 注意事项
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掺入杂质后氧化锆是氧离子的良好导体。
纯氧化锆的晶型是不稳定的，当在ZrO2中掺入一定量的 稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中 留下了氧离子空穴，另一方面 由于晶体内部应力变化的原因， 该晶体冷却后变成了稳定氧化锆。
稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。
二、氧化锆氧量分析仪原理
式中 E——氧浓差电势(mV) T——热力学温度(K) Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压 Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。
举例
已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16.04mV, 参比气体为空气，求烟气的含氧量是多少？
E 0.0496Tlg 2
16.04
0.0496
1 1073
.15
热工控制与保护
氧化锆氧量计 测氧原理
一 、分析含氧量意义 二 、氧化锆测氧原理 三 、氧化锆注意事项
一、分析烟气含氧量意义
1 与环保经济性的关系
为了保证锅炉燃烧环保经济性，监视炉膛内燃料 燃烧状况，确保安全运行，需要及时控制燃料和空气 的比例，即保持烟气过剩空气系数为最佳值，一般 为1.02~1.20。
lg
20.8
1
1 10.392 %
三、使用注意事项
氧化锆管应该在恒定温度下工作或采取温度补偿措施。 氧化锆管应该在一定高温下工作，并且使得参比侧氧分 压恒定不变，比烟气侧氧分压大得多。 保证材料均匀致密性，不能有裂纹或微小的孔洞。 保证电极材料的纯度，电极应该使用纯铂丝。
三、使用注意事项
使用中保持被测气体与参比气体的压力相等且恒定。 保证氧化锆管两侧气体有一定的流速，不断流动更新。 测量线路中必须具有对输出信号进行线性化处的线性 化电路，显示仪表具有较高输入阻抗。
要控制过剩空气系数为最佳值，则需要测量值 ， 由于值很难准确测量，分析发现值与 O2 成确定单 值对应函数关系 。
一、分析烟气含氧量意义 2 与Ｏ2的关系
过剩空气系数与氧含量Ｏ2之间不仅具有单值函数 关系，且受燃料品种、燃烧方式和设备结构影响小。
α = 21 21 0.91O2
可见分析氧含量Ｏ2的意义就是为了控制过剩空气系 数为最佳值，保证锅炉燃烧的经济性。
思考
氧含量Ｏ2如何分析测量？
分析氧含量Ｏ2的仪表主要有热磁式氧量计与氧化锆氧量计。
二、氧化锆氧量分析仪原理 1 结构与特点
结构简单，价格便宜，测量精度高，对氧含量 变化反应迅速，灵敏度高，测量范围广，运行可靠， 安装方便，维护量小。
二、氧化锆氧量分析仪原理
2 为什么用氧化锆(ZrO2)材料可准确测量含氧量呢？
E
参比侧
二、氧化锆氧量分析仪原理
5 能斯托公式
氧浓差电势
E
RT nF
ln P2 P1
若参比气体侧和待分析气体烟气侧气体的总压力相等，
均为P，则
E
RT nF
ln P2 /P P1 /P
RT nF
ln 2 1
二、氧化锆氧量分析仪原理 6 测氧原理
若温度T一定，当固体电介质参比侧氧分压Φ2 已知时，由浓差电池输出氧浓差电势E，就可以计算 出固体电介质另一侧，即烟气侧氧分压Φ1 的大小。
3 氧化锆探头与氧浓差电池
掺杂氧化锆管，内外附上多 孔的金属铂电极，使其处于高温 状态下，当电解质两侧气体中氧 气的浓度不同时，两铂电极间会 形成氧浓差电势，这个装置称作 氧浓差电池。
“氧浓差电势”是如何形成的？
二、氧化锆氧量分析仪原理 4 工作原理分析
在高温(650~850℃)下，氧气从分压大的 参比侧向分压小的烟气侧扩散。
二、氧化锆氧量分析仪原理
7 公式简化
将常数代入后，转换为以10为底的对数：
E = RT ln φ2 nF φ1
E 0.0496 T lg 2 1
式中 E——氧浓差电势(V) R——理想气体常数，为8.314 J／(mol·K) F——法拉弟常数，为96487C／mol T——热力学温度(K) n——一个氧分子输送的电子个数，=4 Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压 Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。
烟气侧 铂电极 参比侧
O2
2O2- - 4e
二、氧化锆氧量分析仪原理 4 工作原理分析
参比侧铂电极由于大量给出电子而带正 电，成为氧浓差电池的正极或阳极。
烟气侧铂电极由于大量得到电子而带负 电，成为氧浓差电池的负极或阴极。
这样在两个电极上，由于正负电荷的堆 积而形成一个电势，即氧浓差电势。
烟气侧
铂电极
这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从参比侧 到烟气侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过 氧化锆的过程。
在750℃左右的高温中，在铂电极的催化 作用下，在参比侧发生还原反应：O2 + 4e 2O2-
烟气侧 铂电极 参比侧
2O2- 4e+O2
二、氧化锆氧量分析仪原理
4 工作原理分析
这些氧离子进入电解质后，通过 晶体中的空穴向前运动到达左侧的铂 电极，在烟气侧发生氧化反应，氧离 子在铂电极上释放电子并结合成氧分 子析出，即： 2O2- - 4e O2