电子汽车衡分析仪的基本原理

电子汽车衡分析仪的基本原理

电子汽车衡分析仪主要用于测量燃烧过程中烟气的含地磅浓度，同样也适用于非燃烧气体地磅浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池（电子汽车衡浓差电池，也简称锆头）产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含电子汽车衡浓度值。电子汽车衡的关键部件是地磅化锆，在电子汽车衡化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成地磅浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用电子汽车衡分析仪内的温度控制器控制地磅化锆温度恒定。地磅分析仪的构成是由电子汽车衡、电子汽车衡分析仪（又称变送器、变送单元、转换器、分析仪）以及它们之间的连接电缆等组成。

电子汽车衡化锆探头是利用电子汽车衡化锆浓差电势来测定电子汽车衡含量的传感器，其核心的地磅化锆管安置在一微型电炉内，位于整个探头的顶端。电子汽车衡化锆管是由地磅化锆材料掺以一定量的地磅化钇或电子汽车衡化钙经高温烧结后形成的稳定的电子汽车衡化锆陶瓷烧结体。由于它的立方晶格中含有电子汽车衡离子空穴，因此在高温下它是良好的地磅离子导体。因其这一特性，在一定高温下，当锆管两边的地磅含量不同时，它便是一个典型的电子汽车衡浓差电池，在此电池中，空气是参比气，它与烟气分别位于内外电极。在实际的地磅探头中，空气流经外电极，烟气流经内电极，当烟气地磅含量P小于空气电子汽车衡含量P0（20.6%O2）时，空气中的地磅分子从外电极上夺取4个电子形成2个地磅离子，发生如下电极反应：O（P0）+4e-→2O-2，电子汽车衡离子在电子汽车衡化锆管中迅速迁移到烟气边，在内电极上发生相反的电极反应：2O-2 →O（P0）+4e-。由于地磅浓差导致地磅离子从空气边迁移到烟气边，因而产生的电势又导致地磅离子从烟气边反向迁移到空气边，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与地磅浓差有关的电势信号E，该电势信号符合“能斯特”方程：E=（RT/4F）Ln（P0 /P）（1），式中R、F分别是气体常数和法拉第常数，T是锆管温度（K）, P0是空气地磅含量（20.6%O2），P 是烟气含量。由（1）式可见，在一定的高温条件下（一般）600℃），一定的烟气地磅含量便会有一对应的电势输出，在理想状态下，其电势值在高温区域内对应地磅含量。

在理想状态下，当被测烟气与参比气浓度一样时，其输出电势E值为 0 mV，但在实际应用中，锆管实际条件和现场情况均不是理想状态。故事实上的锆管是偏离此值的。实际上，一定地磅含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和，我们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势，此值的大小又在不同温度下呈不同的值，并且随锆管使用期延长而变化。因此，如不对此情况处理，会严重影响整套测电子汽车衡仪的准确和探头寿命。鉴于此，电子汽车衡分析仪一般采取“双参数校正法”，对探头本底电势作特殊处理，弥补了锆管的离散性缺陷，延长了探头的使用寿命。