氧化鋯氧量分析儀(yi) 工作原理及維護使用：
　　一、前言
　　由於(yu) 氧探頭與(yu) 現有測氧儀(yi) 表(如磁氧分析器、電化學式氧量計、氣象色譜儀(yi) 等)相比，具有結構簡單，響應時間短(0.1s～0.2s)，測量範圍寬(從(cong) ppm到百分含量)，使用溫度高(600℃～1200℃)，運行可靠，安裝方便，維護量小等優(you) 點，因此在冶金、化工、電力、陶瓷、汽車、環保等工業(ye) 部門得到廣泛的應用。
　　二、氧探頭的測氧原理
　　在氧化鋯電解質(ZrO2管)的兩(liang) 側(ce) 麵分別燒結上多孔鉑（Pt）電極，在一定溫度下，當電解質兩(liang) 側(ce) 氧濃度不同時，高濃度側(ce) (空氣)的氧分子被吸附在鉑電極上與(yu) 電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(ce) 的Pt電極上放出電子，轉化成氧分子，使該電極帶負電。兩(liang) 個(ge) 電極的反應式分別為(wei) ：
　　參比側(ce) ：O2+4e——2O2-
　　測量側(ce) ：2O2-－4e——O2
　　這樣在兩(liang) 個(ge) 電極間便產(chan) 生了一定的電動勢，氧化鋯電解質、Pt電極及兩(liang) 側(ce) 不同氧濃度的氣體(ti) 組成氧探頭即所謂氧化鋯濃差電池。兩(liang) 級之間的電動勢E由能斯特公式求得：可
　　E= (1)
　　式中，EmV―濃差電池輸出，
　　n 4―電子轉移數，在此為(wei)
　　R理想氣體(ti) 常數，8.314 W·S／mol —
　　T （K） F96500 C;PP1——待測氣體(ti) 氧濃度百分數0——參比氣體(ti) 氧濃度百分數 —法拉第常數，—溫度
　　該分式是氧探頭測氧的基礎，當氧化鋯管處的溫度被加熱到600℃～1400℃時，高濃度側(ce) 氣體(ti) 用已知氧濃度的氣體(ti) 作為(wei) 參比氣，如用空氣，則P，將此值及公式中的常數項合並，又實際氧化鋯電池存在溫差電勢、接觸電勢、參比電勢、極化電勢，從(cong) 而產(chan) 生本地電勢CmV）實際計算公式為(wei) ：（0 =20.6%
　　EmV）=0.0496Tln（0.2095/P1）±CmV）（（
　　C本地電勢(新鎬頭通常為(wei) ±1mV) =
　　可見，如能測出氧探頭的輸出電動勢E和被測氣體(ti) 的溫度T，即可算出被測氣體(ti) 的氧分壓（濃度）P1 ，這就是氧化鋯氧探頭的基本檢測原理。
　　三、氧化鋯氧探頭的結構類型及工作原理
　　按檢測方式的不同，氧化鋯氧探頭分為(wei) 兩(liang) 大類：采樣檢測式氧探頭及直插式氧探頭。
　　1、采樣檢測式氧探頭
　　采樣檢測方式是通過導引管，將被測氣體(ti) 導入氧化鋯檢測室，再通過加熱元件把氧化鋯加熱到工作溫度（750℃以上）。氧化鋯一般采用管狀，電極采用多孔鉑電極。其優(you) 點是不受檢測氣體(ti) 溫度的影響，通過采用不同的導流管可以檢測各種溫度氣體(ti) 中的氧含量，這種靈活性被運用在許多工業(ye) 在線檢測上。其缺點是反應時間慢；結構複雜，容易影響檢測精度；在被檢測氣體(ti) 雜質較多時，采樣管容易堵塞；多孔鉑電極容易受到氣體(ti) 中的硫，砷等的腐蝕以及細小粉塵的堵塞而失效；加熱器一般用電爐絲(si) 加熱，壽命不長。
　　在被檢測氣體(ti) 溫度較低（0℃～650℃），或被測氣體(ti) 較清潔時，適宜采樣式檢測方式，如製氮機測氧，實驗室測氧等。
　　2、直插檢測式氧探頭
　　直插式檢測是將氧化鋯直接插入高溫被測氣體(ti) ，直接檢測氣體(ti) 中的氧含量，這種檢測方式適宜被檢測氣體(ti) 溫度在700℃～1150℃時（特殊結構還可以用於(yu) 1400℃的高溫），它利用被測氣體(ti) 的高溫使氧化鋯達到工作溫度，不需另外用加熱器（如圖3）。直插式氧探頭的技術關(guan) 鍵是陶瓷材料的高溫密封和電極問題。以下列舉(ju) 了兩(liang) 種直插式氧探頭的結構形式。
　　（1）整體(ti) 氧化鋯管
　　該形式是從(cong) 采樣檢測方式中采用的氧化鋯管的形式上發展起來的，就是將原來的氧化鋯管加長，使氧化鋯可以直接伸到高溫被測氣體(ti) 中。這種結構無需考慮高溫密封問題。
　　（2）直插式氧化鋯氧探頭
　　由於(yu) 需要將氧化鋯直接插入檢測氣體(ti) 中，對氧探頭的長度有較高要求，其有效長度在500mm～1000mm左右，特殊的環境長度可達1500mm。且檢測精度，工作穩定性和使用壽命都有很高的要求，因此直插式氧探頭很難采用傳(chuan) 統氧化鋯氧探頭的整體(ti) 氧化鋯管狀結構，而多采取技術要求較高的氧化鋯和氧化鋁管連接的結構。密封性能是這種氧化鋯氧探頭的關(guan) 鍵技術之一。目前上的連接方式，是將氧化鋯與(yu) 氧化鋁管的焊接在一起，其密封性能，與(yu) 采樣式檢測方式比，直插式檢測有顯而易見的優(you) 點：氧化鋯直接接觸氣體(ti) ，檢測精度高，反應速度快，維護量較小。
　　四、氧探頭的工業(ye) 應用
　　1、在工業(ye) 鍋爐、加熱爐上的應用
　　氧探頭使用時，引入被測氣體(ti) 的方式有直插式和采樣檢測式兩(liang) 種。直插式響應時間短，不需要加熱器，結構簡單，小型輕便，但要求同時檢測被測氣體(ti) 的溫度。采樣檢測式由於(yu) 氧探頭的溫度由加熱器控製，因此測量精度高，工作可靠，但響應時間取決(jue) 於(yu) 氣體(ti) 的流量。
　　直插式氧分析器已廣泛應用在鍋爐和加熱爐的煙氣含氧量的測定（如圖4），作此用途的氧探頭多采用管狀結構，此管可以兩(liang) 端開口，也可以單端開口，目前市場出現多的是後一種。ZrO2管內(nei) 外壁上塗有多孔Pt電極，由內(nei) 外電極分別向管端引伸並在端部接出Ni Cr絲(si) 作信號輸出用，從(cong) 而控製燃燒係統實現低氧燃燒，達到降低熱能損失，節約能源的目的。
　　五、 氧傳(chuan) 感器的安裝
　　合理的安裝是保證氧傳(chuan) 感器可靠運行的關(guan) 鍵，許多使用問題均由於(yu) 氧傳(chuan) 感器安裝不當造成的，
　　1、采樣測量點
　　確定測量點是首要的工作，它應遵循如下幾項原則：
　　（1） 選擇的測量點要求能正確反映所檢測的爐內(nei) 氣體(ti) ，以保證氧傳(chuan) 感器 輸出信號的真實性，盡量避開回風死角；
　　（2）測量點不可太靠近燃燒點或噴頭等部位，這些部位的氣體(ti) 處於(yu) 劇烈反應中，會(hui) 造成氧傳(chuan) 感器檢測值劇烈波動失真；也不要過於(yu) 靠近風機等產(chan) 氣設備，以免電機的震動衝(chong) 刷損壞傳(chuan) 感器；
　　（3） 避免放在可能碰撞的位置，以免碰撞損壞探頭，保證傳(chuan) 感器的安全；
　　2、氧傳(chuan) 感器的安裝、連接方式
　　（1）氧探頭的安裝可采用水平或垂直方式，其中垂直安裝較理想。不管采用何種方式，探頭采樣管引導板的方向應該盡量正對被測氣流的方向，在初始安裝的時，先通過了解工藝，確定基本方向。然後在係統通電加熱探頭以後，旋轉采樣管方向，使用數字萬(wan) 用表觀察輸出氧電勢的波動情況來終確定比較好的引導方向。
　　（2）氧傳(chuan) 感器安裝所用接頭為(wei) 法蘭(lan) 接頭，配裝石棉墊壓接，以確保密封，否則因為(wei) 一般爐內(nei) 為(wei) 負壓，該處法蘭(lan) 接頭處漏氣會(hui) 影響測量精度或造成信號波動。
　　（3）氧傳(chuan) 感器的信號引出線用屏蔽線，以消除幹擾。是使用2根2芯電纜，一根2芯屏蔽電纜接氧電勢輸出信號，一根2芯KVV控製電纜接探頭加熱連接端；如果現場條件不具備可直接使用一根4芯KVV電纜連接探頭氧電勢信號和加熱端。
　　（4）氧探頭的標氣口平時關(guan) 閉，隻在標定氣體(ti) 的時候使用；吹掃氣口連接氣泵或者壓縮空氣管路，吹掃口進氣一般用一個(ge) 電磁閥等閥門控製，一定周期開啟一次，通入氣體(ti) 吹掃采樣管，探頭正常檢測時閥門關(guan) 閉，不能有其他氣體(ti) 進入采樣管。使用廠方的壓縮空氣吹掃探頭必須保證壓縮空氣中不含有水份，即對所采用的壓縮空氣必須進行氣水分離處理。