氧气监测仪原理

 

1.原电池类型

它由允许外界氧气通过的树脂隔膜、金 (Au) 和铅 (Pb) 电极以及电解质（氢氧化钾水溶液）组成。每个电极上都会发生以下反应。

 

阳极：Pb + 2OH - → Pb 2+ +H2O + 2e -

阴极：O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4H 2 O

阳极释放的电子到达阴极，从空气中获取的氧气捕获阳极释放的电子。这种电子流（电流）与氧气浓度成正比，因此可以通过测量电流来测量氧气浓度。该反应是自发发生的，因此不需要电源来驱动传感器。

 

2.氧化锆固体电解质法

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。氧化锆在固态时具有传导负氧离子（O 2 - ）的特性，允许离子从高氧浓度的气体（大气中）传导到低氧浓度的气氛（例如工业炉内） 。

 

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)

温度通过附在氧化锆上的热电偶测量。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）。这是因为为了使氧化锆发挥固体电解质的作用，需要500℃以上的温度。