氧探头工作原理

氧探头工作原理 氧探头又称氧化锆浓差电池，它的工作原理（见示意图）是：以高温氧化锆作固体电介质，在高温下若电介质两侧氧浓度不同时，便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。 氧化锆固体电介质是在氧化锆（ZrO2）中掺入一定数量的氧化钙（ CaO），经高温焙烧而成。在氧化锆电介质的内外壁上用高温烧结（或压紧）的方法附上不易氧化的多孔性（网状）白金电极和电极（丝）引线。经过上述掺杂和焙烧而成的氧化锆，其晶型为稳定的立方晶体，晶体中部分四价锆离子被二价钙离子所取代而形成氧离子空穴。由于氧离子空穴的存在，在600-1200℃高温下,这种氧化锆材料就成为对氧离子有良好的传导性的固体电介质。在氧化锆两侧氧浓度不等时,浓度大的一侧的氧原子在该侧的表面电极上结合两个电子形成氧离子（2122 OeO） ,然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子空穴向氧浓度低的一侧运动,当到达低浓度一侧时,便在该侧电极上释放两个电子并结合成氧分子放出(2122OOe),于是在高氧侧和低氧侧电极上分别造成正负电荷积累,产生电势,此电势阻碍这种迁移的进一步进行,直至达到平衡为止,从而形成氧浓差电池。 浓差电池产生的电势与两侧氧浓度差有关，称为氧浓差电势。氧浓差电势E 的计算公式为： 224ooPRT LnFP 〖其另外表达方式为2224.96 10lgooPP 或 E（ mv）=0.0992T[1.995＋ 0.15CP＋ lgCP－ lgPCO]＋ 816.1〗 式中R 为气体常数7(8.314360.00038)10/erg molt ）， F 为法拉第常数[化学制F=96487± 10abs c/g equir(绝对库仑/克当量)，物理制 F=96514± 10abs c/g equir（绝对库仑/克当量）]， T 为绝对温度，Po2′ Po2分别为参比气及炉气中的氧分压。 选用空气为参比气（基准气）时，Po2′ =0.2095atm， 用 CH4、 C3H8或C4H12 为原料气制备吸热性渗碳气氛时的Po2 通常为1× 10-21～ 1×10-19atm。 根据渗碳反应机理及碳势的相关定义：Po2 与碳势（Cp）之间的关系为CA（ Wt％）=31/2521COcOkPkP。可见,若气氛中Pco 恒定, 则CA 与Po2之间便有确定关系。 上式中的K3 和K5 分别为渗碳反应：2CO→【C】 +CO2（ g）与   gCOgOgCO2221的平衡常数，γ c 为碳在奥氏体中的活度系数亦即奥氏体的碳活度，是一个直接与含碳量有关的系数，其值为平衡时奥氏体的...