电化学氧分析仪、氧化锆氧分析仪的原理及应用

氧分析仪是一种工业过程分析仪表，主要用于各种工业过程混合气体中氧含量检测。多应用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高温烧结炉保护气体、电子行业保护性气体以及玻璃、建材行业等行业。根据不同的工况工艺，有不同原理的氧分析仪，具体分为电化学式氧分析仪（又名燃料电池法氧分析仪）、氧化锆氧分析仪、磁氧分析仪（又名顺磁氧分析仪）、激光式氧分析仪，不同原理的氧分析仪，各自有着不同的优缺点。

一、电化学氧分析仪

电化学氧气分析仪的的核心元件是一个电化学氧气传感器。常见的电化学氧气传感器由一个传感电极（或工作电极）和一个对电极组成，两个电极间有一层薄薄的电解液。要检测的气体先通过一个小的毛细口传感器，然后通过一个疏水膜扩散进入，最终到达电极表面。传感器的结构设计保证会有适量的气体进入与感应电极反应产生足够的电信号，并同时防止电解液泄漏出传感器。通过疏水膜扩散进入传感器里的气体在感应电极发生氧化/还原反应，电极间连接一个电阻，这样，阴极和阳极间会产生一个与氧浓度成正比的电流。通过检测这个电流，就反应出气体中的氧浓度。

电化学氧分析仪优点：

· 相对来说通用性好

· 价格适中

· 测量精度、准确的都不错

电化学氧分析仪缺点：

· 传感器寿命短（化学原理有消耗性）

· 传感器容易受其他气体影响（如腐蚀性气体）

二、氧化锆氧分析仪

氧化锆（ZrO2）是一种陶瓷，一种具有离子导电性质的固体。在常温下为单斜 晶体，当温度升高到一定温度时，晶型转变为立方晶体，同时约有 7%的体积收 缩；当温度降低时，又变为单斜晶体。若反复加热与冷却，ZrO2 就会破裂。

因 此，纯净的 ZrO2 不能用作测量元件。如果在 ZrO2 中加入一定量的氧化钙（CaO） 或氧化钇（Y2O3）作稳定剂，再经过高温焙烧，则变为稳定的氧化锆材料，这 时，四价的锆被二价的钙或三价的钇置换，同时产生氧离子空穴，所以 ZrO2 属于阴离子固体电解质。ZrO2 主要通过空穴的运动而导电，当温度达到 600℃ 以上时，ZrO2 就变为良好的氧离子导体。

在氧化锆电解质的两面各烧结一个铂电极，当氧化锆两侧的氧分压不同时， 氧分压高的一侧的氧以离子形式向氧分压低的一侧迁移，结果使氧分压高的一 侧铂电极失去电子显正电，而氧分压低的一侧铂电极得到电子显负电，因而在 两铂电极之间产生氧浓差电势。此电势在温度一定时只与两侧气体中氧气含量 的差（氧浓差）有关。若一侧氧气含量已知（如空气中氧气含量为常数），则另 一侧氧气含量（如烟气中氧气含量）就可用氧浓差电势表示，测出氧浓差电势， 便可知道烟气中氧气含量。

因为氧化锆的耐高温特性，多应用于温度条件相对较高的工况（窑炉、锅炉）

氧化锆氧分析仪优点：

· 不受检测气体温度的影响（氧化锆氧量分析仪耐高温）

· 通过不同导流管可检测各种温度气体中的氧含量

· 适用于温度较高的工况

氧化锆氧分析仪缺点：

· 采样气体杂质较多时，有可能堵塞采样管

· 多孔铂电极易受到被测气体中的腐蚀性气体腐蚀而失效

· 加热器一般用电炉丝加热，寿命不长