[发明专利]通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置，包括多孔隔热气凝胶支撑盘，多孔隔热气凝胶支撑盘上设置有外部烧结多孔三氧化二铝保护罩，外部烧结多孔三氧化二铝保护罩内部设置有电池，电池与恒流源连接，电池顶部设置有密封保护盘A，电池底部设置有密封保护盘B，密封保护盘A、电池以及密封保护盘B周围缠绕设置有电加热丝。本发明还公开了通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置的测量方法，本发明解决了现有技术利用氧化锆固体电解质电池原理进行氧气浓度测量存在的不能灵活设定测量量程，以及为了实现连续测量，必须给氧化锆单侧电极通入恒定氧分压的参考气体，而造成测量系统结构复杂，体积大，使用维护不便的问题。

技术领域

本发明属于氧气浓度检测技术领域，具体涉及一种通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置，本发明还涉及一种通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置的测量方法。

背景技术

氧化锆固体电解质在650℃-1000℃高温条件下具备非常高的离子电导率，在掺杂氧化锆固体电解质结构体的两个表面涂刷烧结铂电极，如果氧化锆固体电解质两侧电极处气体氧分压不同，则会在两个表面氧化锆，铂电极以及氧气三相界面发生氧气分子迁移，形成氧浓度电池，高氧分压铂电极为正极，低氧分压铂电极为负极，氧气从铂电极正极离子化后穿过氧化锆固体电解质，在铂电极负极恢复为氧气。

相反，在650℃-1000℃高温条件下，通过给氧化锆固体电解质两侧铂电极施加恒定电流，则会在氧化锆两侧铂电极以及氧气三相界面发生氧气迁移，使氧气能够从外加恒定电压，电流负电极一侧迁移至正电极一侧，形成固体电解质氧气泵，迁移输送的氧气分子数量与电流大小与时间相关。

目前利用氧化锆固体电解质氧泵及氧化锆固体电解质电池原理进行氧气浓度测量方法具备两个特点：

1.通过给氧化锆固体电解质氧泵两侧电极施加单向直流电压产生氧气单向迁移，从而产生单向氧分压。

2.直接测量氧化锆固体电解质电池两个电极之间由于单向氧分压差而产生的(极限)电流，利用(极限)电流与被测氧分压成正比来换算测量氧浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置，解决了现有技术利用氧化锆固体电解质氧泵及氧化锆固体电解质电池原理进行氧气浓度测量存在的不能灵活设定测量量程，以及为了实现连续测量，必须给氧化锆单侧电极隔离密封空间通入恒定氧分压的参考气体，而造成整个测量系统结构设计复杂，体积大，使用维护不便，在某些特殊测量场景下无法使用的问题。

本发明所采用的第一技术方案是，通过计算反转电压平衡时间测量氧分压的装置，包括多孔隔热气凝胶支撑盘，多孔隔热气凝胶支撑盘上设置有外部烧结多孔三氧化二铝保护罩，外部烧结多孔三氧化二铝保护罩内部设置有电池，电池与恒流源连接，电池顶部设置有密封保护盘A，电池底部设置有密封保护盘B，密封保护盘A、电池以及密封保护盘B周围缠绕设置有电加热丝。

本发明第一技术方案的特点还在于，

电池具体结构为：包括外部烧结多孔三氧化二铝保护罩内部从上至下依次设置的铂环电极B、铂环电极A、铂环电极C，铂环电极B与铂环电极A之间设置有氧化锆氧泵固体电解质，铂环电极B、铂环电极A以及氧化锆氧泵固体电解质堆叠形成密封气室，铂环电极A和铂环电极C之间设置有氧化锆电池固体电解质，铂环电极B、铂环电极A与恒流源连接。

铂环电极C和密封保护盘B形成过滤气室B。

铂环电极B和密封保护盘A形成过滤气室A。

电加热丝的加热温度范围为650～1000℃。