在許多生產(chǎn)過(guò)程中，特別是燃燒過(guò)程和氧化反應(yīng)過(guò)程中，測(cè)和控制混合氣體中的氧含是非常重要的。電化學(xué)法（氧化鋯氧分析儀屬電化學(xué)類(lèi)）是目前工上分析氧含的一種方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，反應(yīng)迅速，測(cè)范圍廣等特點(diǎn)。氧化鋯氧分析儀是電化學(xué)分析器的一種，可以連續(xù)分析各種工鍋爐和爐窯內(nèi)的燃燒情況，通過(guò)控制送風(fēng)來(lái)調(diào)整過(guò)?？諝庀禂?shù)α值，以保證佳的空氣燃料比，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。這里以氧化鋯氧分析儀為例介紹氧含的檢測(cè)原理。

 

　　氧化鋯氧分析儀的導(dǎo)電機(jī)理：

 

　　電解溶液靠離子導(dǎo)電，具有離子導(dǎo)電性的固體物稱(chēng)為固體電解。固體電解是離子晶體結(jié)構(gòu)，靠空穴使離子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)電，與P型半導(dǎo)體空穴導(dǎo)電的機(jī)理相似。純氧化鋯氧分析儀（ZrO2）不導(dǎo)電，摻雜一定比例的低價(jià)金屬物作為穩(wěn)定劑，如氧化鈣（CaO2）、氧化鎂（MgO）、氧化釔（Y2O3），就具有高溫導(dǎo)電性，成為氧化鋯氧分析儀固體電解。

 

　　氧離子空穴形成示意圖

 

　　為什么加入穩(wěn)定劑后，氧化鋯氧分析儀就會(huì)具有很高的離子導(dǎo)電性呢？這是因?yàn)椋瑩接猩貱aO2的ZrO2混合物，在結(jié)晶過(guò)程中，鈣離子進(jìn)入立方晶體中，置換了鋯離子。由于鋯離子是+4價(jià)，而鈣離子是+2價(jià)，一個(gè)鈣離子進(jìn)入晶體，只帶入了一個(gè)氧離子，而被置換出來(lái)的鋯離子帶出了兩個(gè)氧離子，結(jié)果，在晶體中便留下了一個(gè)氧離子空穴。例如：（ZrO2）0.85（CaO2）0.15這樣的氧化鋯氧分析儀（氧化鋯氧分析儀的摩爾分?jǐn)?shù)為85%、氧化鈣的摩爾分?jǐn)?shù)是15%），則具有7.5%的摩爾分?jǐn)?shù)的氧離子空穴，是成了一種良好的氧離子固體電解。

 

　　氧化鋯氧分析儀分析儀的測(cè)原理

 

　　在一個(gè)高致密的氧化鋯氧分析儀固體電解的兩側(cè)，用燒結(jié)的方法制成幾微米到幾十微米厚的多孔鉑層作為電極，再在電極上焊上鉑絲作為引線(xiàn)，就構(gòu)成了氧濃差電池，如果電池左側(cè)通入?yún)⒈葰怏w（空氣），其氧分壓為p0；電池右側(cè)通入被測(cè)氣體，其氧分壓為p1（未知）。

 

　　氧濃差電池原理圖

 

　　設(shè)p0>p1，在高溫下（650…850℃），氧就會(huì)從分壓大的p0一側(cè)向分壓小的p1側(cè)擴(kuò)散，這種擴(kuò)散，不是氧分子透過(guò)氧化鋯氧分析儀從P0側(cè)到P1側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過(guò)氧化鋯氧分析儀的過(guò)程。在750℃左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，在電池的P0側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子，變成兩個(gè)氧離子（O2-）進(jìn)入電解，即：

 

　　O2（P0）+4e→2O2-

 

　　P0側(cè)鉑電極由于大給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽(yáng)極。這些氧離子進(jìn)入電解后，通過(guò)晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)右側(cè)的鉑電極，在電池的P1側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即：

 

　　2O2--4e→O2（P1）

 

　　P1側(cè)鉑電極由于大得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上，由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢(shì)，稱(chēng)之為氧濃差電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)用導(dǎo)線(xiàn)將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)極上的電子就會(huì)通過(guò)外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過(guò)。氧濃差電動(dòng)勢(shì)的大小，與氧化鋯氧分析儀固體電解兩側(cè)氣體中的氧濃度有關(guān)。據(jù)此我們就可以知道被測(cè)氣體中的氧含。在特定的溫度下氧的體積分?jǐn)?shù)%O2與氧濃差電勢(shì)（mV）存在特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。與熱電偶的分度值相類(lèi)似。