氧化锆氧量分析仪原理

氧化锆也称二氧化锆（ZrO2），分子是由一个锆原子和两个氧原子结合而成。纯净的氧化锆基本上是不导电的，是不能进行氧量测量的，真正用于测量氧量的是在氧化锆中加入氧化钙（CaO）后，就具有高温导电性，这样就可以进行氧量测量。

氧化锆氧量分析仪是利用氧化锆固体电解质原理工作，由氧化锆固体电解质做成氧化锆探测器（探头），直接安装在烟道中，具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应快等特点，测量时仅受温度影响，容易克服，而且输出电信号，便于信号传输与处理，精度比较高，广泛用于燃烧过程热效率控制系统。

电解质溶液导电是依靠例子来导电的，某些固体也具有离子导电的性质，具有某种离子导电性质的固体物质称为固体电解质。凡是传导氧离子的固体电解质可以称为氧离子固体电解质。

氧化锆测量含氧量的基本原理是利用所谓的“氧浓差电势”，即在一块氧化锆两侧分别附以多孔的铂电极(又称“铂黑”)，并使其处于高温下。如果两侧气体中的含氧量不同，那么在两电极间就会出现电动势。此电动势是由于固体电解质两侧气体的含氧浓度不同而产生的，故叫氧浓差电势，这样的装置叫做氧浓差电池。

如在氧化锆(ZrO2) 中加入一定数量的氧化钙（CaO），+2价的钙离子（Ca2+）在进入ZrO2晶体后会置换出+4价的锆离子（Zr4+），由于钙离子和锆离子的离子价不同，因此在晶体中形成许多氧空穴。再高温（750℃以上）下，如有外加电场，就会形成氧离子占据空穴的定向运动而导电。带负电荷的氧离子占据空穴的运动，也就相当于带正电荷的空穴做反向运动，因此，也可以说固体电解质是靠空穴导电的，这和P型半导体靠空穴导电机理相似。固体电解质的导电性能与温度有关，温度越高，导电性能越强。

选择和使用氧化锆的注意事项：

（1）氧化锆浓差电势与氧化锆探头的工作温度成正比。所以氧化锆探头应处于恒定温度下工作或采取温度补偿措施

（2）为了保证测量的灵敏度，探测器工作温度还应选择其合适的工作温度，工作温度选择较低其灵敏度下降，工作温度过低时，氧化锆内阻愈高，正确测量电势较困难。工作温度选择较高时，因烟气中的的可燃性物质就会与氧迅速化合而形成燃料电池，使其输出增大。

（3）在使用过程中，应保证待测气体压力与参比气体压力相等，只有这样待测气体和参比气体氧的分压之比才能代表上述两种气体的含量之比

（4）氧化锆管内外两侧气体要不断流动更新，否则含氧量会逐渐平衡，输出下降

氧化锆在安装前需要进行校验，在使用过程中也要定期校验。其方法是用已配好的标准气样作为测量气体，分别从校验气口通入氧化锆探头。

氧化锆在使用一段时间后，探头往往会发生老化现象。反映老化程度主要有两个指标：一是本底电势，又称残余电势，二是探头的内阻。检查本底电势时，在校验气口通入空气，待测气体与参比气体相同，理论上本底电势应为零，实际不为零，一般要求本底电势。

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