1.本实用新型属于氧气浓度检测技术领域，具体涉及一种新型氧化锆测量氧分压的装置。
背景技术：
2.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。
3.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。
4.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：
5.1.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。
6.2.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。
技术实现要素：
7.本实用新型的目的是提供种一种新型氧化锆测量氧分压的装置，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。
8.本实用新型所采用的技术方案是，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，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，所述铂环电极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℃。
9.本实用新型的有益效果如下：
10.1.通过给氧化锆固体电解质氧泵两侧电极施加方向交变可逆直流电流，使氧化锆氧泵固体电解质两侧氧气双向可逆迁移，使密封气室中的氧分压周期性变化，从而能够灵活控制氧化锆固体电解质两侧氧分压比率出现周期性大小变化，氧化锆固体电解质电池两侧电极的电压也跟随氧分压比率周期性变化。
11.2.氧化锆固体电解质电池两侧电极电压的变化周期时间与被测气体氧分压的大小成正比，被测气体氧分压越高，氧化锆固体电解质电池两侧电极电压的变化时间周期越长。通过测量该时间周期变化就可以测量换算出被测气体氧分压及氧浓度。
12.3.本方法结构不需要密封参比气体，通过灵活设定氧化锆固体电解质电池两侧电极电压的下限数值、上限数值，可以设定氧泵恒流源的反转条件，再实时测量计算电极上下限电压的反转时间周期，就可以得出被测气体实时氧分压。
13.本实用新型利用氧化锆及铂电极作为固体电解质氧气泵，与现有传统方法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相比，具有结构设计简单，体积小，使用方便以及使用范围广的优点。
附图说明
14.图1是本实用新型组成结构示意图。
15.图中，1.铂环电极a，2.铂环电极b，3.铂环电极c，4.氧化锆氧泵固体电解质，5.氧化锆电池固体电解质，6.密封保护盘a，7.密封保护盘b，8.650～1000℃电加热丝，9.外部烧结多孔三氧化二铝保护罩，10.电池,11.密封气室，12.过滤气室a，13.过滤气室b，14.恒流源，15.底部多孔隔热气凝胶支撑盘。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
17.本实用新型一种新型氧化锆测量氧分压的装置，结构如图1所示，包括多孔隔热气凝胶支撑盘15，多孔隔热气凝胶支撑盘15上设置有外部烧结多孔三氧化二铝保护罩9，外部烧结多孔三氧化二铝保护罩9内部设置有电池10，电池10与恒流源14连接，电池10顶部设置有密封保护盘a6，电池10底部设置有密封保护盘b7，密封保护盘a6、电池10以及密封保护盘b7周围缠绕设置有电加热丝8，电池10具体结构为：包括外部烧结多孔三氧化二铝保护罩9内部从上至下依次设置的铂环电极b2、铂环电极a1、铂环电极c3，铂环电极b2与铂环电极a1之间设置有氧化锆氧泵固体电解质4，铂环电极b2、铂环电极a1以及氧化锆氧泵固体电解质4堆叠形成密封气室11，铂环电极a1和铂环电极c3之间设置有氧化锆电池固体电解质5，铂环电极b2、铂环电极a1与恒流源14连接，铂环电极c3和所述密封保护盘b7形成过滤气室b13，铂环电极b2和密封保护盘a6形成过滤气室a12，电加热丝8的加热温度范围为650～1000℃。
18.本实用新型一种新型氧化锆测量氧分压的装置，工作原理如下：
19.根据该装置所需的测量量程设定电池10的上限电压v2、下限电压v1，v1为该装置量程的下限值与密封气室11氧分压的比值，v2为该装置量程的上限值与密封气室11氧分压
的比值，将电池10的上限电压v2、下限电压v1作为恒流源14极性反转的阈值电压。
20.首先给恒流源14的铂环电极a1施加正向恒流直流电流c
max
，则密封气室11里面的氧气会一直向过滤气室a12迁移，直到电池10当前时刻电压v达到上限电压v2，恒流源14极性从正向恒流直流电流c
max
反转至反向恒流直流电流c
min
，过滤气室12内的氧气会一直向密封气室11迁移，直到电池10的当前时刻电压v达到下限电压v1时，恒流源14极性再次发生反转，此时测得电池10电压变化时间周期t＝t
max
，t＝(t1+t2)/2，由于电压变化时间周期t与被测气体氧分压px成正比，因此当t＝t
max
时，该装置测得被测气体的氧分压值为该装置量程的上限值。
21.如果外部被测气体的氧分压不断变化，则不断测量并计算电池10的电压变化时间周期t与t
max
的比值，进而得到外部被测气体的氧分压，即被测气体氧分压px＝t/t
max
，进而得知被测气体氧浓度c＝px/p
z
×
100％，p
z
为被测气体总压。
22.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。技术特征：
1.一种新型氧化锆测量氧分压的装置，其特征在于，包括多孔隔热气凝胶支撑盘(15)，多孔隔热气凝胶支撑盘(15)上设置有外部烧结多孔三氧化二铝保护罩(9)，外部烧结多孔三氧化二铝保护罩(9)内部设置有电池(10)，电池(10)与恒流源(14)连接，电池(10)顶部设置有密封保护盘a(6)，电池(10)底部设置有密封保护盘b(7)，密封保护盘a(6)、电池(10)以及密封保护盘b(7)周围缠绕设置有电加热丝(8)，所述电池(10)具体结构为：包括外部烧结多孔三氧化二铝保护罩(9)内部从上至下依次设置的铂环电极b(2)、铂环电极a(1)、铂环电极c(3)，铂环电极b(2)与铂环电极a(1)之间设置有氧化锆氧泵固体电解质(4)，铂环电极b(2)、铂环电极a(1)以及氧化锆氧泵固体电解质(4)堆叠形成密封气室(11)，铂环电极a(1)和铂环电极c(3)之间设置有氧化锆电池固体电解质(5)，铂环电极b(2)、铂环电极a(1)与所述恒流源(14)连接，所述铂环电极c(3)和所述密封保护盘b(7)形成过滤气室b(13)，所述铂环电极b(2)和所述密封保护盘a(6)形成过滤气室a(12)，所述电加热丝(8)的加热温度范围为650～1000℃。
技术总结
本实用新型公开了一种新型氧化锆测量氧分压的装置，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设有电池，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，本实用新型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。法使用的问题。法使用的问题。
技术研发人员：杨开亮
受保护的技术使用者：西安鹏泰航空动力技术有限公司
技术研发日：2021.03.30
技术公布日：2021/11/17
声明：
“新型氧化锆测量氧分压的装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：西安鹏泰航空动力技术有限公司
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2024年12月06日 ~ 08日 
