電子汽車(chē)衡分析儀的基本原理

電子汽車(chē)衡分析儀主要用于測(cè)量燃燒過(guò)程中煙氣的含地磅濃度，同樣也適用于非燃燒氣體地磅濃度測(cè)量。在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學(xué)電池（電子汽車(chē)衡濃差電池，也簡(jiǎn)稱鋯頭）產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)直接反應(yīng)出煙氣中含電子汽車(chē)衡濃度值。電子汽車(chē)衡的關(guān)鍵部件是地磅化鋯，在電子汽車(chē)衡化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)涂上多孔性鉑電極制成地磅濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設(shè)置了加熱器。用電子汽車(chē)衡分析儀內(nèi)的溫度控制器控制地磅化鋯溫度恒定。地磅分析儀的構(gòu)成是由電子汽車(chē)衡、電子汽車(chē)衡分析儀（又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀）以及它們之間的連接電纜等組成。

電子汽車(chē)衡化鋯探頭是利用電子汽車(chē)衡化鋯濃差電勢(shì)來(lái)測(cè)定電子汽車(chē)衡含量的傳感器，其核心的地磅化鋯管安置在一微型電爐內(nèi)，位于整個(gè)探頭的頂端。電子汽車(chē)衡化鋯管是由地磅化鋯材料摻以一定量的地磅化釔或電子汽車(chē)衡化鈣經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后形成的穩(wěn)定的電子汽車(chē)衡化鋯陶瓷燒結(jié)體。由于它的立方晶格中含有電子汽車(chē)衡離子空穴，因此在高溫下它是良好的地磅離子導(dǎo)體。因其這一特性，在一定高溫下，當(dāng)鋯管兩邊的地磅含量不同時(shí)，它便是一個(gè)典型的電子汽車(chē)衡濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內(nèi)外電極。在實(shí)際的地磅探頭中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內(nèi)電極，當(dāng)煙氣地磅含量P小于空氣電子汽車(chē)衡含量P0（20.6%O2）時(shí)，空氣中的地磅分子從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)地磅離子，發(fā)生如下電極反應(yīng)：O（P0）+4e-→2O-2，電子汽車(chē)衡離子在電子汽車(chē)衡化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內(nèi)電極上發(fā)生相反的電極反應(yīng)：2O-2 →O（P0）+4e-。由于地磅濃差導(dǎo)致地磅離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢(shì)又導(dǎo)致地磅離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當(dāng)這兩種遷移達(dá)到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與地磅濃差有關(guān)的電勢(shì)信號(hào)E，該電勢(shì)信號(hào)符合“能斯特”方程：E=（RT/4F）Ln（P0 /P）（1），式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是鋯管溫度（K）, P0是空氣地磅含量（20.6%O2），P 是煙氣含量。由（1）式可見(jiàn)，在一定的高溫條件下（一般）600℃），一定的煙氣地磅含量便會(huì)有一對(duì)應(yīng)的電勢(shì)輸出，在理想狀態(tài)下，其電勢(shì)值在高溫區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)地磅含量。

在理想狀態(tài)下，當(dāng)被測(cè)煙氣與參比氣濃度一樣時(shí)，其輸出電勢(shì)E值為 0 mV，但在實(shí)際應(yīng)用中，鋯管實(shí)際條件和現(xiàn)場(chǎng)情況均不是理想狀態(tài)。故事實(shí)上的鋯管是偏離此值的。實(shí)際上，一定地磅含量鋯管輸出的電勢(shì)為理論值和本底電勢(shì)的和，我們稱為無(wú)濃差條件下鋯管輸出的電勢(shì)值為本底電勢(shì)或稱為零位電勢(shì)，此值的大小又在不同溫度下呈不同的值，并且隨鋯管使用期延長(zhǎng)而變化。因此，如不對(duì)此情況處理，會(huì)嚴(yán)重影響整套測(cè)電子汽車(chē)衡儀的準(zhǔn)確和探頭壽命。鑒于此，電子汽車(chē)衡分析儀一般采取“雙參數(shù)校正法”，對(duì)探頭本底電勢(shì)作特殊處理，彌補(bǔ)了鋯管的離散性缺陷，延長(zhǎng)了探頭的使用壽命。