6.1.2 氧化锆氧量计的工作原理及结构
氧化锆氧量计的基本原理是以氧化锆作固体电解质，高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成氧浓差电势，氧浓差电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量输出的电势来测量另一侧的氧含量。氧化锆氧量计的发送器就是一根氧化锆管。
(1)浓差电势的形成
氧化锆氧量计的传感器就是一根氧化锆管，是氧量计的关键部件。
氧化锆在常温下为单斜晶体，当温度升高到1 150℃左右时，晶体排列变为立方晶体。如果在氧化锆中渗入一定数量的氧化钙或氧化钇，其晶体变为不随温度变化的稳定的萤石型立方晶体，即成为稳定的氧化锆材料。此时，四价的锆被二价的钙或三价的钇置换，同时产生了氧离子的空穴。在600～1 200℃高温下，空穴型的氧化锆就变成了良好的氧离子导体，所以，氧化锆为固体电解质。
在氧化锆两侧氧浓度不等的情况下，浓度大的一侧的氧分子在该氧化锆管表面电极上结合两个电子形成氧离子，然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子向氧浓度低的一侧泳动，当到达低浓度一侧时在该侧电极上释放两个电子形成氧分子放出，于是在电极上造成电荷积累，两电极之间产生电势，此电势阻碍这种迁移的进一步进行，直到达到动态平衡，这就形成了氧浓差电池，它所产生的电势称为氧浓差电势。
电池的右边充烟气，氧分压为P1，氧浓度为φ1;电池的左边充空气，氧分压为P2，氧浓度为φ2。氧化锆氧浓差电池可用下式表示:
在正极上氧分子得到电子成为氧离子，即
在负极上氧离子失去电子成为氧分子，即
在电池两极所产生的氧浓差电势可用下式计算:
式中 R——氧的气体常数，R=8.314 J/mol·K;
F——法拉第参数，F=96.487×103 C/mol;
T——绝对温度，K;
n——反应时，一个氧分子输送的电子。
如被测气体和参考气体的总压都为P，则式(6.1)可写成
在混合气体中，某气体组分的分压与总压之比和体积浓度成正比，即
将式(6.3)代入式(6.2)，得
(2)保证氧化锆氧量计正确测量的条件
为了正确测量气体中的氧含量使用氧化锆氧量计时必须注意以下几点:
①因为氧浓差电势E与氧化锆工作管的绝对温度T呈正比关系，因此，在测量系统中应有恒温装置，以保证输出不受温度影响。
②工作温度T要选在800℃以上，一般选850℃，以保证有足够的灵敏度。因为氧化锆本身的烧结温度为1 200℃，其使用温度不能超过1 150℃，而且温度过高时烟气的可燃物就会与氧化合而成燃料电池，使输出增大，干扰测量。
③使用中应保持被测气体与参比气体的压力相等，只有这样，两种气体中的氧分压之比才能代表两种气体中的氧浓度之比。
④参比气体中的氧分压要恒定不变，同时要求它比被测气体中的氧分压要大得多，这样，输出灵敏度大。
⑤由于氧浓差电池有使两侧氧浓度趋于一致的倾向，因此必须保证被测气体与参比气体都有一定的流速，以便不断更新;否则氧浓差电池会使两侧含氧量逐渐平衡，输出电势下降。
⑥氧化锆材料的内阻很高，并且随工作温度降低而升高，为了使输出电势测量准确，二次仪表必须有很高的输入阻抗。
⑦氧浓差电势与被测气体氧含量成对数关系，若作为调节信号使用，应对其进行线性化处理。