氧化锆传感器的测量原理以及结构特点
氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有zro2·y2o3，它由二元氧化物组成，其中，zro2称为基体，y2o3称为稳定剂。zro2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体，因此纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以当在zro2中掺人一定量的稳定剂y2o3时，由于y3+置换了zr4+的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后仍保留立方晶体，因此又称它为稳定氧化锆。据上分析，稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。
典型的氧化锆传感器是
pt,p''o2│zro2·y2o3│p'o2,pt
在上述电池中，pt表示两个铂电极，它是涂制在氧化锆电解质的两边，两种氧分压为p''o2和p'o2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器，其中p''o2是参比气，例如通人空气(20.6%o2)，p'o2是待测气，例如通入烟气。在高温下，由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体，上述电池便是一个典型的氧浓差电池。
在高温下(650---850℃)，氧就会从分压大的p''o2一侧向分压小的p'o2侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从p''o2侧到p'o2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的p''o2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子(o2-)进入电解质，即:o2(p''o2)+4e→2o2-
p''o2侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的p'o2侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即:
2o2--4e→o2(p'o2)
p'o2侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。
其池电势由能斯特方程给出:
e=rt/4f×ln(p''o2/p'o2)
式中r为气体常数，t为电池的热力学温度(k)，f为法拉第常数.(1)式是在理想状态下导出的， 必须具有四个条件:(1)两边的气体均为理想气体;(2)整个电池处于恒温恒压系统中;(3)浓差电池是可逆的;(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量p''o2是已知的，因此测得e值后便可求得待测气体氧含量p'o2值。
当电池工作温度固定于700℃时，上式为:
e=48.26lg(p''o2/p'o2)
由上式，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%) 时，由浓差电池输出电动势e，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。
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在高温下(650---850℃)，氧就会从分压大的p''o2一侧向分压小的p'o2侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从p''o2侧到p'o2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的p''o2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子(o2-)进入电解质，即:o2(p''o2)+4e→2o2-
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2o2--4e→o2(p'o2)
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其池电势由能斯特方程给出:
e=rt/4f×ln(p''o2/p'o2)
式中r为气体常数，t为电池的热力学温度(k)，f为法拉第常数.(1)式是在理想状态下导出的， 必须具有四个条件:(1)两边的气体均为理想气体;(2)整个电池处于恒温恒压系统中;(3)浓差电池是可逆的;(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量p''o2是已知的，因此测得e值后便可求得待测气体氧含量p'o2值。
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e=48.26lg(p''o2/p'o2)
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