ADEV氧化锆氧传感器：原理、应用与结构特点
氧化锆氧传感器是一种采用氧化锆固体电解质组成的氧浓度差电池来测氧的传感器。从20世纪60年代开始兴起，它已经成为固体离子学中的一个重要应用方面。氧化锆传感器已在工业炉窑优化燃烧、汽车尾气测量、钢液测氧、惰性气体中测氧以及物化研究等多个领域得到广泛应用，取得了显著的节能效果和改善了环境污染。
一、主要应用领域：
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烟气测氧：主要用于发电厂、炼油厂、钢铁厂、化工厂、轻纺印染厂、食品加工厂等企业。
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汽车尾气测量：目前主要用于载人的小汽车和轿车等。
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钢液测氧：主要用于钢铁公司和炼铜厂等冶炼企业。ADEV氧化锆氧传感器：原理、应用与结构特点
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惰性气体测氧：主要用于钢铁公司、空分厂、化肥厂和电子企业等。
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物化研究：主要用于高温氧化还原反应中热力学和动力学参数测定。
二、测量原理与结构特点：
氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，由多元氧化物组成。常用的电解质有ZrO2·Y2O3，其中ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。在高温下，稳定氧化锆是氧离子的良好导体。
典型的氧化锆传感器结构为：Pt,P''O2│ZrO2·Y2O3│P'O2,Pt。其中，Pt表示两个铂电极，分别涂制在氧化锆电解质的两边，两种氧分压为P''O2和P'O2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器，P''O2是参比气，例如通入空气（20.6%O2），P'O2是待测气，例如通入烟气。在高温下，由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体，上述电池便是一个典型的氧浓差电池。ADEV氧化锆氧传感器：原理、应用与结构特点
在高温下（650-850℃），氧就会从分压大的P''O2一侧向分压小的P'O2侧扩散。这种扩散不是氧分子透过氧化锆从P''O2侧到P'O2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的P''O2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子（O2-）进入电解质。这些氧离子通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的P'O2侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。ADEV氧化锆氧传感器：原理、应用与结构特点
池电势由能斯特方程给出：E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)。式中R为气体常数，T为电池的热力学温度(K)，F为法拉第常数。（1）式是在理想状态下导出的，必须具有四个条件：（1）两边的气体均为理想气体；（2）整个电池处于恒温恒压系统中；（3）浓差电池是可逆的；（4）电池中不存在任何附加电势。因此称（1）式为氧化锆传感器的理论方程。由（1）式可见由于参比气氧含量P''O2是已知的，因此测得E值后便可求得待测气体氧含量P'O2值。当电池工作温度固定于700℃时，上式为：E=48.26lg(P''O2/P'O2)。
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