1.本實用新型屬于氧氣濃度檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置。

背景技術(shù)：

2.氧化鋯固體電解質(zhì)在650℃

?

1000℃高溫條件下具備非常高的離子電導(dǎo)率，在摻雜氧化鋯固體電解質(zhì)結(jié)構(gòu)體的兩個表面涂刷燒結(jié)鉑電極，如果氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)電極處氣體氧分壓不同，則會在兩個表面氧化鋯，鉑電極以及氧氣三相界面發(fā)生氧氣分子遷移，形成氧濃度電池，高氧分壓鉑電極為正極，低氧分壓鉑電極為負極，氧氣從鉑電極正極離子化后穿過氧化鋯固體電解質(zhì)，在鉑電極負極恢復(fù)為氧氣。

3.相反，在650℃

?

1000℃高溫條件下，通過給氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)鉑電極施加恒定電流，則會在氧化鋯兩側(cè)鉑電極以及氧氣三相界面發(fā)生氧氣遷移，使氧氣能夠從外加恒定電壓，電流負電極一側(cè)遷移至正電極一側(cè)，形成固體電解質(zhì)氧氣泵，遷移輸送的氧氣分子數(shù)量與電流大小與時間相關(guān)。

4.目前利用氧化鋯固體電解質(zhì)氧泵及氧化鋯固體電解質(zhì)電池原理進行氧氣濃度測量方法具備兩個特點：

5.1.通過給氧化鋯固體電解質(zhì)氧泵兩側(cè)電極施加單向直流電壓產(chǎn)生氧氣單向遷移，從而產(chǎn)生單向氧分壓。

6.2.直接測量氧化鋯固體電解質(zhì)電池兩個電極之間由于單向氧分壓差而產(chǎn)生的(極限)電流，利用(極限)電流與被測氧分壓成正比來換算測量氧濃度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.本實用新型的目的是提供種一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)利用氧化鋯固體電解質(zhì)氧泵及氧化鋯固體電解質(zhì)電池原理進行氧氣濃度測量存在的不能靈活設(shè)定測量量程，以及為了實現(xiàn)連續(xù)測量，必須給氧化鋯單側(cè)電極隔離密封空間通入恒定氧分壓的參考氣體，而造成整個測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，體積大，使用維護不便，在某些特殊測量場景下無法使用的問題。

8.本實用新型所采用的技術(shù)方案是，通過計算反轉(zhuǎn)電壓平衡時間測量氧分壓的裝置，包括多孔隔熱氣凝膠支撐盤，多孔隔熱氣凝膠支撐盤上設(shè)置有外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩，外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩內(nèi)部設(shè)置有電池，電池與恒流源連接，電池頂部設(shè)置有密封保護盤a，電池底部設(shè)置有密封保護盤b，密封保護盤a、電池以及密封保護盤b周圍纏繞設(shè)置有電加熱絲，電池具體結(jié)構(gòu)為：包括外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩內(nèi)部從上至下依次設(shè)置的鉑環(huán)電極b、鉑環(huán)電極a、鉑環(huán)電極c，鉑環(huán)電極b與鉑環(huán)電極a之間設(shè)置有氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)，鉑環(huán)電極b、鉑環(huán)電極a以及氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)堆疊形成密封氣室，鉑環(huán)電極a和鉑環(huán)電極c之間設(shè)置有氧化鋯電池固體電解質(zhì)，鉑環(huán)電極b、鉑環(huán)電極a與恒流源連接，所述鉑環(huán)電極c和密封保護盤b形成過濾氣室b，鉑環(huán)電極b和密封保護盤a形成過

濾氣室a，電加熱絲的加熱溫度范圍為650～1000℃。

9.本實用新型的有益效果如下：

10.1.通過給氧化鋯固體電解質(zhì)氧泵兩側(cè)電極施加方向交變可逆直流電流，使氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)兩側(cè)氧氣雙向可逆遷移，使密封氣室中的氧分壓周期性變化，從而能夠靈活控制氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)氧分壓比率出現(xiàn)周期性大小變化，氧化鋯固體電解質(zhì)電池兩側(cè)電極的電壓也跟隨氧分壓比率周期性變化。

11.2.氧化鋯固體電解質(zhì)電池兩側(cè)電極電壓的變化周期時間與被測氣體氧分壓的大小成正比，被測氣體氧分壓越高，氧化鋯固體電解質(zhì)電池兩側(cè)電極電壓的變化時間周期越長。通過測量該時間周期變化就可以測量換算出被測氣體氧分壓及氧濃度。

12.3.本方法結(jié)構(gòu)不需要密封參比氣體，通過靈活設(shè)定氧化鋯固體電解質(zhì)電池兩側(cè)電極電壓的下限數(shù)值、上限數(shù)值，可以設(shè)定氧泵恒流源的反轉(zhuǎn)條件，再實時測量計算電極上下限電壓的反轉(zhuǎn)時間周期，就可以得出被測氣體實時氧分壓。

13.本實用新型利用氧化鋯及鉑電極作為固體電解質(zhì)氧氣泵，與現(xiàn)有傳統(tǒng)方法給氧化鋯單側(cè)電極隔離密封空間通入恒定氧分壓的參考氣體相比，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，體積小，使用方便以及使用范圍廣的優(yōu)點。

附圖說明

14.圖1是本實用新型組成結(jié)構(gòu)示意圖。

15.圖中，1.鉑環(huán)電極a，2.鉑環(huán)電極b，3.鉑環(huán)電極c，4.氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)，5.氧化鋯電池固體電解質(zhì)，6.密封保護盤a，7.密封保護盤b，8.650～1000℃電加熱絲，9.外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩，10.電池,11.密封氣室，12.過濾氣室a，13.過濾氣室b，14.恒流源，15.底部多孔隔熱氣凝膠支撐盤。

具體實施方式

16.下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

17.本實用新型一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括多孔隔熱氣凝膠支撐盤15，多孔隔熱氣凝膠支撐盤15上設(shè)置有外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩9，外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩9內(nèi)部設(shè)置有電池10，電池10與恒流源14連接，電池10頂部設(shè)置有密封保護盤a6，電池10底部設(shè)置有密封保護盤b7，密封保護盤a6、電池10以及密封保護盤b7周圍纏繞設(shè)置有電加熱絲8，電池10具體結(jié)構(gòu)為：包括外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩9內(nèi)部從上至下依次設(shè)置的鉑環(huán)電極b2、鉑環(huán)電極a1、鉑環(huán)電極c3，鉑環(huán)電極b2與鉑環(huán)電極a1之間設(shè)置有氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)4，鉑環(huán)電極b2、鉑環(huán)電極a1以及氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)4堆疊形成密封氣室11，鉑環(huán)電極a1和鉑環(huán)電極c3之間設(shè)置有氧化鋯電池固體電解質(zhì)5，鉑環(huán)電極b2、鉑環(huán)電極a1與恒流源14連接，鉑環(huán)電極c3和所述密封保護盤b7形成過濾氣室b13，鉑環(huán)電極b2和密封保護盤a6形成過濾氣室a12，電加熱絲8的加熱溫度范圍為650～1000℃。

18.本實用新型一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置，工作原理如下：

19.根據(jù)該裝置所需的測量量程設(shè)定電池10的上限電壓v2、下限電壓v1，v1為該裝置量程的下限值與密封氣室11氧分壓的比值，v2為該裝置量程的上限值與密封氣室11氧分壓

的比值，將電池10的上限電壓v2、下限電壓v1作為恒流源14極性反轉(zhuǎn)的閾值電壓。

20.首先給恒流源14的鉑環(huán)電極a1施加正向恒流直流電流c

max

，則密封氣室11里面的氧氣會一直向過濾氣室a12遷移，直到電池10當前時刻電壓v達到上限電壓v2，恒流源14極性從正向恒流直流電流c

max

反轉(zhuǎn)至反向恒流直流電流c

min

，過濾氣室12內(nèi)的氧氣會一直向密封氣室11遷移，直到電池10的當前時刻電壓v達到下限電壓v1時，恒流源14極性再次發(fā)生反轉(zhuǎn)，此時測得電池10電壓變化時間周期t＝t

max

，t＝(t1+t2)/2，由于電壓變化時間周期t與被測氣體氧分壓px成正比，因此當t＝t

max

時，該裝置測得被測氣體的氧分壓值為該裝置量程的上限值。

21.如果外部被測氣體的氧分壓不斷變化，則不斷測量并計算電池10的電壓變化時間周期t與t

max

的比值，進而得到外部被測氣體的氧分壓，即被測氣體氧分壓px＝t/t

max

，進而得知被測氣體氧濃度c＝px/p

z

×

100％，p

z

為被測氣體總壓。

22.以上所述，僅為本技術(shù)的具體實施方式，但本技術(shù)的保護范圍并不局限于此，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本技術(shù)揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置，其特征在于，包括多孔隔熱氣凝膠支撐盤(15)，多孔隔熱氣凝膠支撐盤(15)上設(shè)置有外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩(9)，外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩(9)內(nèi)部設(shè)置有電池(10)，電池(10)與恒流源(14)連接，電池(10)頂部設(shè)置有密封保護盤a(6)，電池(10)底部設(shè)置有密封保護盤b(7)，密封保護盤a(6)、電池(10)以及密封保護盤b(7)周圍纏繞設(shè)置有電加熱絲(8)，所述電池(10)具體結(jié)構(gòu)為：包括外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩(9)內(nèi)部從上至下依次設(shè)置的鉑環(huán)電極b(2)、鉑環(huán)電極a(1)、鉑環(huán)電極c(3)，鉑環(huán)電極b(2)與鉑環(huán)電極a(1)之間設(shè)置有氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)(4)，鉑環(huán)電極b(2)、鉑環(huán)電極a(1)以及氧化鋯氧泵固體電解質(zhì)(4)堆疊形成密封氣室(11)，鉑環(huán)電極a(1)和鉑環(huán)電極c(3)之間設(shè)置有氧化鋯電池固體電解質(zhì)(5)，鉑環(huán)電極b(2)、鉑環(huán)電極a(1)與所述恒流源(14)連接，所述鉑環(huán)電極c(3)和所述密封保護盤b(7)形成過濾氣室b(13)，所述鉑環(huán)電極b(2)和所述密封保護盤a(6)形成過濾氣室a(12)，所述電加熱絲(8)的加熱溫度范圍為650～1000℃。

技術(shù)總結(jié)

本實用新型公開了一種新型氧化鋯測量氧分壓的裝置，包括多孔隔熱氣凝膠支撐盤，多孔隔熱氣凝膠支撐盤上設(shè)置有外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩，外部燒結(jié)多孔三氧化二鋁保護罩內(nèi)設(shè)有電池，電池與恒流源連接，電池頂部設(shè)置有密封保護盤A，電池底部設(shè)置有密封保護盤B，密封保護盤A、電池以及密封保護盤B周圍纏繞設(shè)置有電加熱絲，本實用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)利用氧化鋯固體電解質(zhì)氧泵及氧化鋯固體電解質(zhì)電池原理進行氧氣濃度測量存在的不能靈活設(shè)定測量量程，以及為了實現(xiàn)連續(xù)測量，必須給氧化鋯單側(cè)電極隔離密封空間通入恒定氧分壓的參考氣體，而造成整個測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，體積大，使用維護不便，在某些特殊測量場景下無法使用的問題。法使用的問題。法使用的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊開亮

受保護的技術(shù)使用者：西安鵬泰航空動力技術(shù)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.03.30

技術(shù)公布日：2021/11/17