(Analyseurs d'oxygène à base de zircone ESEGAS)

Analyseurs d'oxygène en zircone sont largement utilisés dans des environnements industriels tels que le contrôle de la combustion, la surveillance des gaz de combustion et la métallurgie. Mais qu'est-ce qui rend ces appareils si fiables pour la mesure de l'oxygène ? La réponse réside dans leurs propriétés uniques. dioxyde de zirconium (zircone ZrO2) et le principe électrochimique connu sous le nom de Équation de Nernst.

Conductivité des ions oxygène de la zircone

La zircone est un matériau céramique solide qui devient un excellent conducteur d'ions oxygène À haute température, généralement entre 600 °C et 800 °C. Lorsqu'il est chauffé, le réseau cristallin de la zircone permet aux ions oxygène (O²⁻) de se déplacer librement dans la structure solide.

Cette conductivité ionique est la base du fonctionnement du capteur. Un capteur en zircone classique est constitué d'un petit tube ou disque de zircone, recouvert d'électrodes poreuses en platine sur ses deux faces. 

Lorsqu'il existe une différence de concentration en oxygène entre les deux faces de cet élément en zircone, les ions oxygène migrent à travers l'électrolyte solide du côté où la pression partielle en oxygène est la plus élevée vers le côté où la pression en oxygène est la plus faible. Ce mouvement ionique génère un potentiel électrique entre les deux électrodes.

Rôle de l'équation de Nernst

La tension produite par ce mouvement d'ions oxygène est directement liée à la différence de concentration en oxygène entre les deux environnements gazeux, connue sous le nom de gaz de référence et de la échantillon de gaz. Cette relation est décrite par l'équation de Nernst :

Où? :

• E est la force électromotrice générée (FEM),
• R est la constante universelle des gaz,
• T est la température absolue (en Kelvin),
• F est la constante de Faraday,
• PO2(réf) est la pression partielle d'oxygène dans le gaz de référence (souvent l'air),
• PO2(mes) est la pression partielle d'oxygène dans le gaz échantillon.

En mesurant l'EMF E, et connaissant la température et la concentration en oxygène de référence, l'analyseur peut calculer la concentration en oxygène inconnue dans le gaz échantillon.

Applications pratiques

Les analyseurs d'oxygène en zircone sont appréciés pour leur réponse rapide, haute précision, ainsi stabilité à long terme, notamment dans les environnements difficiles, avec des températures élevées ou des gaz corrosifs. Ils sont idéaux pour la surveillance en temps réel de l'oxygène dans l'optimisation de la combustion, la réduction de l'excès d'air et l'amélioration du rendement énergétique des chaudières, fours et fourneaux.

Conclusion

Le analyseur d'oxygène en zircone associe la science des matériaux aux principes électrochimiques pour fournir des mesures d'oxygène précises et fiables. Grâce à la conductivité oxygène-ions de la zircone et à l'équation de Nernst, cette technologie continue de jouer un rôle essentiel dans l'amélioration de l'efficacité énergétique et la maîtrise des émissions dans un large éventail de secteurs.