Zirconia单元用于氧气测量

Zirconia单元用于氧气测量
概述：
工业生产以及实验室研究中常常需要确定气体中的含氧量。测量电位的氧化锆电池以及独特的性能特点，已经向世人证明可以理所当然的担当起这一使命。这种检测电池经过电化学方面的设定，无精度偏差，工作状态长期保持稳定。氧化锆传感元件利用添加稳定剂的氧化锆陶瓷中氯离子的电导率。电导率岁着温度呈指数技术增大，当温度达到600 °C，则电导率的值高到足以用于检测的目的。
结构
氧化锆电池中，通常有个传导氯离子的陶瓷材料制成的不投气的管子（1），被检测的气体从这个陶瓷管中通过，陶瓷管呈轴向对称的放置在参考电极环（2）和检测电极（3）之间。
氧化锆电池的电极（6和7）用铂金条制造，氧化锆陶瓷管外侧的电极处于被干燥的空气包围，作为参考电极（4），具有恒定的，众所周知的电极电位。

1 陶瓷管
2 带陶瓷层的参考电极
3 测量电极
4 参考电极
5 热电偶
6 参考电极连接线
7 测量电极连接线

NERNST方程是测量气体中氧气含量的基本公式。 S

In which: U – 电池电压， V为单位; R – molar气体常数 (R = 8.31441 ± 26 · 10-5 J/(mol · K),
               T – 测量温度 K; F –法拉第常数, (F = 9.648455 ± 27 · 10-6)· 104 C/mol;
               pO2,air – 在干燥气体中参考电极的氧气的局部压力 Pa
               pO2,meas.gas –在干燥气体中测量电极的氧气的局部压力 Pa

假设总压力相对于两个电极是高的话， (体积浓度将替代局部压力来使用), 则在方程中填入常数值 (I)后, 下面的等式就是了测量氧气的方程

In which: φO2 – 氧气浓度 vol. %
                   U –电势差 mV
                   T – 测量温度 K
             20.64 – 空气中的氧气浓度，湿度50 %时，以 vol. %为单位.

备注：

测量气体中的氧气是以游离态或者非游离态的形式存在。 (例如在水蒸汽中，部分分解成H2 和 O2，高温时).
以下的关系是有效的:
U ~ T –游离态的氧
U ~ 1/T – 非游离态的氧
等式对于测量气体中还原性气体和氧化性气体的测量都是有效的。在这种情况下，氧气仅仅以非游离态的形式出现。 (如 H2/H2O 或者 CO/CO2混合).
在还原性混合气体中，氧气的局部压力和温度成反比例关系。
测量值从一个温度转换到另一个温度时，仅限当使用特别的热力方程.。

测量值的计算