氧探头测量碳势原理

1、氧势法控制碳势原理氧势法是利用ZrO2固体电解质，铂金丝氧电极组成的氧浓差电池（即氧探头），在高温下输出电压与炉气氧分压有必然的函数关系，间接控制炉气的碳势，氮势的方法。1。氧势法控制碳势的原理：在可控渗碳气氛中，微量氧有以下的平衡关系：COC1O2（1-1）21CO2C2O2（1-2）1H2OH22O2（1-3）平衡时，式（1-1）的平衡常数表达式：1Kpo2ga（1-3）(11)2PCOc因此：acPCO（1-4）K(11)g1po22式中K(11)（1-1）式的平衡常数，是温度的函数P，PO炉气中的CO,O2的分压CO2ac碳在奥氏体钢中的活度，其数值可近似用acCp/Csat来表示。C

2、sat奥氏体钢中饱和碳浓度Cp炉气碳势T绝对温度K式（1-3），（1-4）有以下关系：PCOCPK(11)CsatPO1/2（1-5）2lgK(11)58704.539（1-6）T由上式公式可知，在必然温度下，碳势Cp可用P/P1/2比值求得，这就COO21/2PCO变化不是经过测试和控制PCO/PO2的比值来控制碳势的理论基础。当炉气中大时，能够为是一种常量时，碳势就可以经过测量炉气中的氧分压来控制碳势，这就是氧势法理论基础。当式（1-2），（1-3）反应达到平衡时，则：1K(1pCOgpo22（1-7）2)PCO21pH2g2K(1po2（1-8）3)PH2O因此：PO1/2PCO2K(1

3、2)(1-9)2PCO1/2PH2OK(1(1-10)POPH23)2lgK(114740(1-11)2)T4.521lgK(112914(1-12)3)T2.871将（1-9），（1-10）两边取对数的下式：lgPO22lgPCO294809.042（1-13）PCO2TlgPO22lgPH2258285.742(1-14)PH2OT由式（1-13），（1-14）可见，当温度一准时，PO2与PCO/PCO2或PH2/PH2O有必然的函数关系。因此，用氧势法控制碳势有可能比红外线CO2法或露点法（PH2O）更为合理，更为正确。依照氧势定义，氧势与氧分压得关系由下式表示：ORTlnPO（1-15

4、）22即：O22.303RTlgPO2（1-16）式中：R气体常数，8.314J/(mol*K)O2氧势当氧势单位为KJ/mol时，其表达式为：O20.019159TlgPO2（KJ/mol）（1-17）由式（1-17）能够看到，在必然温度下，经过测量氧势，能够获取氧分压（P）。O2将式（1-17）分别代入式（1-13），式（1-14）则有以下表达式：O2O20.173T564.50.0383TlgPCO（KJ/mol）（1-18）PCO20.110T494.60.0383TlgPH2（KJ/mol）（1-19）PH2O2。氧探头测量氧势基根源理氧探头是一种高温化学电池，或称之为氧电池。主要结

5、构是由固体电解质与两只贵金属氧电极组成的化学电池。固体电解质使用氧化锆为基本资料，加入少量的氧化钍，氧化钙等牢固剂，成形后在高温烧结而成。固体电解质要求不漏气，而拥有氧离子导电的性能，也就是只赞同氧离子经过，禁止氧分子经过。贵金属氧电极的金属要求化学牢固，近期导电作用，平时采用铂金或铂铑合金，用耐热粘结剂进金属机械的固定在电解质上，保证有优异的接触。氧探头的寿命主要取决于电极的寿命。由于固体电解质很简单碰到机械或热的伤害，因此氧探头的外面需用金属或碳化硅外套加以保护。为使被测气体与电极金属接触，在保护套上还要家通气孔。氧探头的内电极充以参照气，空气是常用的参照气。其优点是，当氧探头放在空气中就

6、可以进行校准。别的，空气中的氧分压约为0.21比被测气体的氧分压高得多，能够保证输出的电势值较高，简单保证测量的正确度。当氧探头插入高温炉内，两个铂金电极上由于氧的浓度不同样而产生了电动势，在氧分压高的一侧（空气），氧原子将获取电子形式形成氧离子，经过电解质进入另一电极。氧气分子的一侧（被测气），氧离子放出电子变成分子态的氧。氧探头结构表示图：阴极（内电极）：1O22eO22阳极（外电极）：O22eO2氧化学电池的电动势，由Nernst方程得出，以下式：RTPO2（1-20）ElnnFPrefE2.303RTlgP（1-21）O24FPref式中：n1mol氧气参加反应得电子数目（n=4）R气体常数8.314J/(mol*K)T绝对温度KF发拉第常数9.65104J/VPO2被测气体的氧分压Pref参照气（空气）的氧分压（约为0.21）将以上参数值代入式（6-24），得下式：E4.96102TlgPO2(mv)（1-22）Pref由式（6-22）可知，在必然温度下，经过测量氧探头的输出电势E，就可以知道炉气中的氧分压PO2，由式（1-22）可得下式：E4.96102Tl