氧化鋯氧傳感器是利用穩(wěn)定的二氧化鋯陶瓷在650℃以上的環(huán)境中產生的氧離子導電特性而設計的。在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側的氣體中分別存在著不同的氧分壓（即氧濃度）時，二氧化鋯陶瓷內部將產生一系列的反應，和氧離子的遷移。這時通過二氧化鋯兩側的引出電極，可測到穩(wěn)定的毫伏級信號，我們稱之為氧電勢。

它服從能斯特（Nernst）方程：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢（mv），Tk為爐內的絕對溫度（K），P1和P2分別為二氧化鋯兩側氣體的氧分壓。實際應用時，將二氧化鋯的一側通入已知氧濃度的氣本（通常為空氣），我們稱之為參比氣。另一側則是被測氣體，就是我們要檢測的爐內的氣氛。氧傳感器輸出的信號就是氧電勢信號，通過能斯特方程我們就可以得到被測爐氣氛中的氧分壓和氧電勢的關系。參比氣為空氣時，可表示為：式中E為氧傳感器輸出氧電勢；Tk為爐內的絕對溫度；P02為爐內的氧分壓。

工采網代理的SST氧傳感器產品帶有自加熱裝置，一般溫度保證在700℃，這樣TK數(shù)值基本是恒定的，從而通過上式可以直接測量出爐內氧分壓濃度。工程應用中采用標準氣體來標定氧傳感器輸出氧電勢E和氧分壓濃度PO2的對應關系，這種方法也是目前公認的最準確、最直接的標定方法。英國SST 氧化鋯氧氣傳感器系統(tǒng) - O2S-FR-T2-18BM-C同時采用了這兩種原理。不用參比氣體就可測量氧氣濃度，氧化鋯核心元件由兩個相同的氧化鋯方片和三個鉑金環(huán)組成的夾心三明治形狀，由此形成一個密封的小空間。其中一個氧化鋯片兩邊是相反的電極，用作電化學的氧氣泵。另外一個氧化鋯片兩邊形成能斯特電壓。氧傳感器啟動后，小空間氧氣被抽空，此時壓力P2和其輸送的電流成正比。

在另外一個氧化鋯片上電壓上升。電壓到設定的參考值后，泵電流會改變反轉，氧氣會再被抽入這個小空間。壓力P2上升到設定的參考值后，泵電流再改變電流方向。這個過程會不斷重復，泵電流反轉周期長短和氧氣壓力成正比，此原理可實現(xiàn)對氧氣分壓的檢測。這消除了對密封參考氣體的需求，使傳感器更加通用，可用于各種不同的氧氣壓力測量，再配合我們的氧氣變送板OXY-LC一起工作，該氧氣傳感器能輸出氧分壓，氧濃度兩個參數(shù)值。

氧化鋯氧傳感器的工作原理是測量混合氣體中的氧分壓。那么分壓的定義、其背后的物理原理、如何計算分壓，以及如何將氧氣分壓轉換為氧氣濃度相關的體積含量？

分壓: 定義

分壓定義為混合氣體中單個氣體組分的壓力。它對應于單個氣體組分單獨占據(jù)整個容積時所施加的總壓力。

道爾頓定律: 物理學原理

理想氣體混合物的總壓 (Ptotal) 等于該混合物中各氣體的分壓 (Pi) 之和。

從等式 1 可以得出，單個氣體組分的顆粒數(shù) (ni) 與氣體混合物的總顆粒數(shù)(ntotal) 之比等于單個氣體組分的分壓 (Pi) 與氣體混合物的總壓 (Ptotal) 之比。

n_i 氣體中顆粒數(shù)

n_total 顆粒總數(shù)

p_i 單個氣體的分壓

P_total 總壓

氧氣分壓轉換為氧氣濃度相關的體積含量（以氣象站記錄為例）

溫度 22°C

濕度 32%

氣壓 986mbar

使用上面的水蒸氣壓查詢表，WVPmax?= 26.43mbar。

氧分壓等于:

氧分壓和總氣壓，我們可以計算出氧的體積含量。

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