新型的氧化锆电化学氧探测器

　　一、引言

　　利用稳定氧化错的氧离子导电性而发展起来的氧探测器测氧技术至今有30多年时间，在结构上从塞式、针式发展到管式构造，最近用在汽车燃烧空燃比的控制，采用极限型结构，它广泛应用在燃油、燃煤的汽车、工业加热炉和锅炉最佳空燃比的控制，以及玻璃熔炼炉、窑炉、退火炉和气体渗碳炉等气氛的测量和控制，熔融钢水、铜水和铁水快速测氧和测硅及炼铜反射炉等方面应用。

　　通常，稳定立方相氧化错陶瓷的抗热震性极差，它热膨胀系数大、强度低，如果工作在高温温度(一般900℃以上)温差波动大，高速气流蒸汽冲刷以及机械冲击等恶劣工作环境，使得氧探测器经常容易失效，为此，如何设计在不影响氧化错氧离导电性能的前提下，改善其高温抗热震性和氧探测结构，以及在不同温区和气氛中采用相应电极材料这是开发高性能氧化错电化学氧探测器的关键技术问题。源于此，本研究中心在国家八五攻关技术基础上研制了最新一代氧化错氧探测器，填补国内空白。

　　二、设计方案和工作原理

　　目前常用以全稳定或部分稳定氧化错材料组成U型管状氧探头，适用于中低温测氧，但是强度低、抗热震性差。鉴于在工业上高铝瓷管成功地应用于热电偶保护套管，它有一定强度和较好抗热震性能，抗高温化学腐蚀，价格较便宜。为此，本研究中心，采用特殊制造技术，将以片状的氧化错氧敏探头永久性焊接在高铝瓷管的末端，组成致密而不渗透性的新型结构氧化错氧探测器，如图1、图2所示，具有良好机械强度和抗热震性能，直径尺寸和长度任意决定。

　　标准尺寸:外径为smm，内径为smm，长为600mm。内外侧涂上多孔铂金电极和引线，也可用其它合金电极和引线，当探测器内外侧的氧分压(即氧活度)不同时，就会产生电势差E，它服从能斯特方程:

通过测量E和T来测定(P₀₂)外和被测气体分压。

　　三、应用实例

　　我们将配用S型或B型铂锗热电偶组成新型的高温氧探测器，直接插入工业窑炉、玻璃池炉、保护性气体炉等氧分压进行测量和控制。如陶工烧窑控制彩釉的颜色，要求及时判断炉气的氧化性气氛或还原性气氛，要使燃烧经济性达到最佳值，这样的调节程度不能用眼睛进行估定，或凭陶工经验观察，而这种氧化错氧探测器能及时准确读出炉气燃烧状态，在窑炉燃烧过程中，当空气过剩系数过小，即氧量不足时，由于未完全燃烧损失增加而导致热效率降低和冒黑烟;当氧量过大时，又由于排烟损失大，50:和NOx量增加，也将导致热效率低和污染环境。因此，只有利用20系列氧化错电化学氧探测器来控制最佳空燃比和氧分压，实现经济燃烧，得到最佳的热效率和经济效益，减少对环境的污染。据实际估算，一台670t/h锅炉装上两支208081型或208083型氧化错氧探测器运行一年后，手动将烟气氧量由6%降到4%，年节煤效益为50万元以上。如果实现自动化，其节能效益更佳。