极限电流氧气传感器可用于锅炉气体含氧量测定,其工作原理基于稳定ZrO₂(氧化锆)固体电解质的氧泵作用,具体过程如下:
结构组成:在已稳定化的ZrO₂两侧被覆铂电极,阴极侧用带有气体扩散孔的罩接合,形成阴极空腔。
电化学过程:在一定温度下,当ZrO₂电极两侧施加一定电压时,空腔内的氧分子在阴极处获得电子,形成氧离子(O²⁻)。这些氧离子通过ZrO₂的氧空位迁移到阳极,放出电子后变成氧分子气体释放出来,这一现象被称为电化学泵。
极限电流形成:空腔中的氧被ZrO₂电解质源源不断地泵到空腔外,在回路中形成电流。当氧摩尔分数一定时,电压增加,电流强度随之增加。但当电压超过某一值时,电流强度达到饱和,这是由于氧气通过小孔向空腔内扩散受小孔限制的结果。这个饱和电流被称为极限电流。
氧含量测定:极限电流与氧摩尔分数几乎成线性关系,因此可以通过测量极限电流来确定被测气体中的氧摩尔分数,即锅炉气体中的含氧量。
在锅炉气体含氧量测定中,极限电流氧气传感器具有以下优势:
高精度:能够提供准确的氧含量数据,有助于优化燃烧过程,提高燃烧效率。
线性特征:多款型号呈线性特征,使得测量结果更加可靠和易于解读。
温度依赖性小:传感器信号对温度的依赖性小,减少了温度变化对测量结果的影响。
交叉灵敏度低:对其他气体的交叉灵敏度低,提高了测量的准确性。
使用寿命长:在多数情况下只需进行一次单点校准,降低了维护成本。
应用实例:
工采网推出的SO-E2-250、SO-E2-960和SO-B0-010等氧化锆氧气传感器,均基于极限电流原理,能够实时监测烟气的残氧含量。这些传感器被广泛应用于锅炉烟道(一般安装点为省煤器处)的氧含量测定,为合理调节锅炉的燃烧工况提供依据,从而达到节能降耗、减少污染等目的。