防爆型氧化鋯氧含量分析儀傳感器的(de)核心(xin)構件(jian)是(shi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)固體(ti)(ti)電解(jie)質，氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)固體(ti)(ti)電解(jie)質是(shi)由多(duo)元氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)組(zu)成的(de)。常用的(de)這類(lei)電解(jie)質有ZrO2·Y2O3，它(ta)由二元氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)組(zu)成，其中，ZrO2稱為(wei)基體(ti)(ti)，Y2O3稱為(wei)穩(wen)(wen)定(ding)劑。ZrO2在常溫(wen)下是(shi)單(dan)斜(xie)晶(jing)體(ti)(ti)，在高溫(wen)下它(ta)變(bian)(bian)成立(li)方晶(jing)體(ti)(ti)(螢石型(xing))，但當它(ta)冷(leng)卻(que)后又(you)變(bian)(bian)為(wei)單(dan)斜(xie)晶(jing)體(ti)(ti)，因(yin)此(ci)純氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)的(de)晶(jing)型(xing)是(shi)不穩(wen)(wen)定(ding)的(de)。所以(yi)當在ZrO2中摻人一(yi)定(ding)量的(de)穩(wen)(wen)定(ding)劑Y2O3時(shi)，由于Y3+置換了Zr4+的(de)位置，一(yi)方面在晶(jing)體(ti)(ti)中留(liu)下了氧(yang)(yang)(yang)離(li)(li)子空穴，另一(yi)方面由于晶(jing)體(ti)(ti)內部應力(li)變(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)原因(yin)，該(gai)晶(jing)體(ti)(ti)冷(leng)卻(que)后仍保留(liu)立(li)方晶(jing)體(ti)(ti)，因(yin)此(ci)又(you)稱它(ta)為(wei)穩(wen)(wen)定(ding)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)。據上(shang)分析，穩(wen)(wen)定(ding)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)在高溫(wen)下(650℃以(yi)上(shang))是(shi)氧(yang)(yang)(yang)離(li)(li)子的(de)良(liang)好導體(ti)(ti)。

典型的氧化鋯傳感器是
Pt,P''O2│ZrO2·Y2O3│P'O2,Pt
在上述電池中，Pt表示兩個鉑電極，它是涂制在氧化鋯電解質的兩邊，兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體分別通過電解質的兩邊。作為氧傳感器，其中P''O2是參比氣，例如通人空氣(20.6%O2)，P'O2是待測氣，例如通入煙氣。在高溫下，由于氧化鋯電解質是良好的氧離子導體，上述電池便是一個典型的氧濃差電池。
在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)(650---850℃)，氧(yang)(yang)(yang)就會(hui)從分壓大的(de)P''O2一側向(xiang)分壓小的(de)P'O2側擴散(san)，這種擴散(san)，不是氧(yang)(yang)(yang)分子透過(guo)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯從P''O2側到P'O2側，而是氧(yang)(yang)(yang)分子離(li)解(jie)成氧(yang)(yang)(yang)離(li)子后，通過(guo)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋯的(de)過(guo)程。在(zai)750℃左右的(de)高(gao)溫(wen)中，在(zai)鉑(bo)電極(ji)的(de)催化(hua)作用下(xia)，在(zai)電池的(de)P''O2側發(fa)生還原(yuan)反(fan)應(ying)，一個(ge)氧(yang)(yang)(yang)分子從鉑(bo)電極(ji)取(qu)得4個(ge)電子，變成兩個(ge)氧(yang)(yang)(yang)離(li)子(O2-)進入電解(jie)質，即:O2(P''O2)+4e→2O2-

P''O2側鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽極。這些氧離子進入電解質后，通過晶體中的空穴向前運動到達右側的鉑電極，在電池的P'O2側發生氧化反應，氧離子在鉑電極上釋放電子并結合成氧分子析出，即:
2O2--4e→O2(P'O2)
P'O2側鉑電極由于大量得到電子而帶負電，成為氧濃差電池的負極或陰極。這樣在兩個電極上，由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電動勢。當用導線將兩個電極連成電路時，負極上的電子就會通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過。
其池電勢由能斯特方程給出:
E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)
式中R為氣體常數，T為電池的熱力學溫度(K)，F為法拉第常數.(1)式是在理想狀態下導出的， 必須具有四個條件:(1)兩邊的氣體均為理想氣體;(2)整個電池處于恒溫恒壓系統中;(3)濃差電池是可逆的;(4)電池中不存在任何附加電勢。因此稱(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見由于參比氣氧含量P''O2是已知的，因此測得E值后便可求得待測氣體氧含量P'O2值。
當電池工作溫度固定于700℃時，上式為:
E=48.26lg(P''O2/P'O2)
由(you)上式，在溫度700℃時(shi)(shi)，當固體電(dian)(dian)(dian)介(jie)質一側氧(yang)(yang)分壓為(wei)空氣(20.6%) 時(shi)(shi)，由(you)濃差電(dian)(dian)(dian)池輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)動勢E，就可以計算出(chu)固體電(dian)(dian)(dian)介(jie)質另一側氧(yang)(yang)分壓，這就是氧(yang)(yang)化鋯氧(yang)(yang)量分析儀(yi)的(de)測氧(yang)(yang)原(yuan)理。

二、組成

      氧(yang)(yang)化鋯傳感器的(de)(de)(de)(de)(de)核心構件是(shi)氧(yang)(yang)化鋯固體(ti)(ti)(ti)電(dian)解(jie)質(zhi)，氧(yang)(yang)化鋯固體(ti)(ti)(ti)電(dian)解(jie)質(zhi)是(shi)由多(duo)元氧(yang)(yang)化物(wu)組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)。常(chang)用的(de)(de)(de)(de)(de)這類電(dian)解(jie)質(zhi)有ZrO2·Y2O3，它由二元氧(yang)(yang)化物(wu)組(zu)成，其中，ZrO2稱(cheng)(cheng)為(wei)基體(ti)(ti)(ti)，Y2O3稱(cheng)(cheng)為(wei)穩定(ding)(ding)(ding)劑。ZrO2在(zai)常(chang)溫下(xia)是(shi)單斜晶(jing)體(ti)(ti)(ti)，在(zai)高溫下(xia)它變成立(li)方晶(jing)體(ti)(ti)(ti)(螢(ying)石型)，但當(dang)它冷卻后(hou)又變為(wei)單斜晶(jing)體(ti)(ti)(ti)，因此純氧(yang)(yang)化鋯的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)型是(shi)不穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)。所(suo)以當(dang)在(zai)ZrO2中摻人一定(ding)(ding)(ding)量的(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)(ding)劑Y2O3時，由于Y3+置(zhi)換了Zr4+的(de)(de)(de)(de)(de)位置(zhi)，一方面(mian)在(zai)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)中留下(xia)了氧(yang)(yang)離子空穴，另一方面(mian)由于晶(jing)體(ti)(ti)(ti)內部應力(li)變化的(de)(de)(de)(de)(de)原因，該晶(jing)體(ti)(ti)(ti)冷卻后(hou)仍保(bao)留立(li)方晶(jing)體(ti)(ti)(ti)，因此又稱(cheng)(cheng)它為(wei)穩定(ding)(ding)(ding)氧(yang)(yang)化鋯。據上分析，穩定(ding)(ding)(ding)氧(yang)(yang)化鋯在(zai)高溫下(xia)(650℃以上)是(shi)氧(yang)(yang)離子的(de)(de)(de)(de)(de)良(liang)好導體(ti)(ti)(ti)。