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氧化鋯氧氣傳感器工作原理

閱讀:1417        發(fā)布時(shí)間:2021-3-15

氧化鋯氧氣傳感器是什么?

氧化鋯氧傳感器不測(cè)量氧濃度%,而是測(cè)量某種氣體或混合氣體中的氧分壓。

傳感器中心部位采用了久經(jīng)考驗(yàn)、基于氧化鋯的小元件,同時(shí),得益于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì),無需使用參考?xì)怏w。這消除了傳感器在高溫、高濕和高氧氣壓力及其他所有可能環(huán)境下工作的限制。

 

什么是氧化鋯?

在高溫(>650?C),穩(wěn)定的氧化鋯(ZrO2?)表現(xiàn)出兩種機(jī)制:

ZrO2 部分離解,產(chǎn)生移動(dòng)的氧離子,因而形成一種氧氣的固態(tài)電解質(zhì)。氧化鋯盤覆有與恒定DC電流相連的通透電極,使環(huán)境中的氧離子能夠穿過這種材料,進(jìn)而在陽極釋放一定量的且與輸送電荷(電化學(xué)泵吸)成正比的氧氣,根據(jù)法拉第第yi定律,得:

 

N被傳輸?shù)难鯕饽枖?shù)量

i恒定電流

t時(shí)間 (s)

z氧氣的粒子價(jià)

F法拉第常數(shù) = 96487 C/mola

ZrO2 的表現(xiàn)類似電解質(zhì)。若氧化鋯兩端存在兩種不同的氧氣壓力,則會(huì)經(jīng)由氧化鋯產(chǎn)生一個(gè)電壓(能斯特電壓)。

 

能斯特電壓是什么?

電解質(zhì)兩端的兩種不同離子濃度將產(chǎn)生一種電位,又稱為能斯特電壓。電壓大小與兩種不同離子濃度比例的自然對(duì)數(shù)成正比。

 

kB玻爾茲曼常數(shù) (kB = 1.3x10-23J/K)

T溫度( K)

e0基本電荷 (e0 = 1.602x10-19C)

ci離子濃度(mol/kg)

市面上的許多氧氣傳感器通常僅采用上述兩種屬性中的一種,但SST的氧化鋯氧氣傳感器同時(shí)應(yīng)用了上述兩種原理。這樣可以消除對(duì)密封參考?xì)怏w的需要,使傳感器在多種不同的氧氣壓力環(huán)境下更加通用

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