什么是氧化锆氧传感器？

欢迎来到氧化锆氧传感器领域，它是过程控制和工业效率领域精度的基石。氧气在众多工业过程中发挥着关键作用，因此对其进行精确监测至关重要。而这正是我们关注的重点——氧化锆氧传感器的用武之地。

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什么是氧化锆氧传感器？

氧化锆氧传感器，也称为二氧化锆氧传感器，是一种用于测量氧气浓度的传感器，常用于汽车和工业领域。

它的关键优势是什么？它依赖于氧化锆（或称二氧化锆）的独特特性，这是一种以其导电性能而闻名的固态材料。但我们先别急着下结论。阅读完这篇全面的指南后，您不仅会了解这些传感器的工作原理，还会明白它们在您的实际应用中的价值。

为什么氧化锆氧传感器如此重要？

1889年，能斯特发现了稳定氧化锆在高温下的离子导电现象。自那时起，氧化锆就成为最常用的固体电解质，并被广泛应用于高温技术，特别是高温测试技术领域。

与现有的氧气测量仪器（如顺磁氧分析仪、电化学氧分析仪等）相比，氧化锆氧传感器结构简单、响应时间短（0.1秒～0.2秒）、测量范围宽（从ppm级到百分比含量）、工作温度高（600℃～1200℃）、运行可靠、安装方便、维护量小。因此，它被广泛应用于冶金、化工、电力、陶瓷、汽车、环保等工业部门。

在窑炉燃烧过程中，当空气过量系数过小，即氧含量不足时，会因不完全燃烧损失增加而导致热效率降低并产生黑烟；当氧含量过大时，由于排烟损失增加，SO₂和NOx的排放量也会增加，同样会导致热效率降低和环境污染。

因此，使用氧分析仪可以自动连续监测各种炉窑烟气中的氧含量，从而精确控制空燃比，实现经济燃烧，获得更高的热效率并减少环境污染。

氧分析仪的作用远不止于为操作人员提供调整空燃比的有用参数。它还可以实现热控制的自动化，达到节能增产的目的。

氧传感器是氧分析仪的核心部件，由稳定的氧化锆材料制成，该材料的熔点高于2200℃。它具有良好的耐高温和耐腐蚀性能。氧化锆烟气氧分析仪能够适应高温、高粉尘和腐蚀性环境，这是其他方法无法比拟的，也是近几十年来各国普遍采用的首选仪器。

氧化锆氧传感器的工作原理

1. 检测传感器

在该系统中，检测器是最重要的工作部件，它直接影响整个系统的性能和寿命。

其中，氧化锆管组件是主要工作装置，它是将氧浓度变化转化为电信号变化的关键。

氧气测量原理如下：氧化锆管是在纯氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，高温烧结而成的稳定氧化锆，它是一种固体电解质，通常制成管状。

在高于600℃的高温条件下，它是良好的氧离子导体。

在氧化锆电解质（ZrO2管）的两侧烧结有多孔铂（Pt）电极。

在一定温度下，当电解质两侧的氧浓度不同时，高浓度侧（空气侧）的氧分子被吸附在铂电极上，并与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电。

O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧的Pt电极，释放电子并转化为氧分子，使该电极带负电。

氧化锆管就成为一个氧浓度电池。

两个铂电极上会发生以下反应：

空气侧（参考侧）电极：O2+4e → 2O2-
缺氧侧（测量侧）电极：2O2－→ O2+4e

即，空气中的一个氧分子在电极上捕获四个电子，变成两个氧离子。氧离子在氧浓度电势差的驱动下，通过氧化锆迁移到低氧侧电极，留下四个电子重新组合成氧分子。当电池处于平衡状态时，两个电极之间的电势值E保持恒定。

其电势值E符合能斯特方程：

公式中：
R——气体常数
T——绝对温度
F——法拉第常数
Px—— 被测气体中氧浓度的百分比
Pa——参考气体中氧浓度的百分比，通常为20.60%

这样，当氧传感器被加热到​​特定温度时，待测气体和参考气体 分别流经氧化锆管的两侧，产生的电势与它们的浓度存在一定的关系。如果已知 参考气体的浓度 ，就可以轻松测定待测气体的氧浓度。

该检测器正是利用这一原理，为氧化锆管的正常工作提供必要条件，从而实现实际应用。

2. 变送器

氧气变送器的功能是根据能斯特公式将检测器的氧电位信号和温度信号转换为氧含量，并控制氧化锆管的工作温度。
其功能可概括为温度测量、温度控制、氧含量转换、信号输出等。不同类型的变送器功能相同。

氧化锆的强大功能：工业应用

世界各地的工业界都认识到氧化锆氧传感器的价值。从发电厂的燃烧控制到窑炉的最佳环境维护，氧化锆氧传感器在确保运行顺畅高效方面发挥着关键作用。

让我们深入了解这些 传感器的一些具体工业应用 。

1. 发电厂：发电厂，特别是那些燃烧化石燃料的发电厂，需要密切监测和控制燃烧过程，以最大限度地提高效率并最大限度地减少排放。在这方面，氧化锆氧传感器提供了一种准确耐用的解决方案。
2. 汽车工业：汽车发动机使用氧化锆氧传感器（通常位于排气管中）来测量废气中的氧气含量。这些数据对于发动机控制单元 (ECU) 调节空燃混合比和优化发动机性能至关重要。
3. 食品饮料行业： 在食品包装中，氧化锆氧传感器用于监测氧气含量，确保产品的保质期和质量。

我们推荐的氧化锆氧传感器

显示屏	液晶菜单操作
仪器精度	1%
温度控制精度	±1℃
输出	4-20mA
电源	220V+10%
电力	<150W
范围	0-25%（可编程）
烟气温度	0-700℃
烟气 压力	-20KPa~+20KPa
保护管材质	316L不锈钢保护管
规格	Φ45mm
变送器材质	铸铝
防护等级	IP65
法兰	外径 155mm，孔距 130mm（其他规格可选）
炉体电阻值	标准 60Ω（可选 80Ω、120Ω、160Ω）
使用寿命	15年（根据实际工作条件）
探头长度	500mm、800mm、1000mm、1200mm（其他规格可定制）

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KimGuo11

吴鹏出生于1980年，是一位备受尊敬且成就卓著的男性工程师，在自动化领域拥有丰富的经验。凭借20多年的行业经验，吴鹏在学术和工程领域都做出了卓越的贡献。

在其职业生涯中，吴鹏参与了许多国内外工程项目。他最著名的项目包括炼油厂智能控制系统的开发、石化厂尖端分布式控制系统的设计以及天然气管道控制算法的优化。