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。