氧化锆固体电解质法氧气计原理

氧化锆固体电解质法

图3 氧化锆固体电解质氧计示意图

该方法使用氧化锆电池，利用氧化锆在500°C或更高的高温下表现出固体电解质特性的事实。

氧化锆具有在固态时能够传导负氧离子（O 2 - ）的特性，允许离子从高氧浓度的气体（大气中）传导到低氧浓度的大气（例如在工业炉）。

通过该离子的传导而产生电位差，在高O 2浓度侧和低O 2浓度侧设置电极，产生电动势。这种关系就像电池的正极和负极一样。

• O 2高浓度侧：O 2 + 4e - → 2O 2 -
• O 2低浓度侧：2O 2 - → O 2 + 4e -

由于电极之间产生的电动势遵循能斯特方程（见下文），因此可以确定每个电极处的氧分压。

• E=(RT/4F)·ln(PA/PB)
• (R：气体常数、T：温度、F：法拉第常数、PA：高浓度侧氧分压(大气中)、PB：低浓度侧氧分压)

温度通过连接到氧化锆的热电偶测量。

另外，在约400℃以下的气氛下，通过取样管将目标气体导入装置内，使用铂加热器等将氧化锆池加热至规定温度（取样法）。这是因为氧化锆需要 500°C 或更高的温度才能发挥固体电解质的作用。