采用完全密封的燃料池氧傳感器是當(dāng)前國際上最先進(jìn)的測氧方法之一。燃料池氧傳感器是由高活性的氧電極和鉛電極構(gòu)成，浸沒在KOH的溶液中。在陰極氧被還原成氫氧根離子，而在陽極鉛被氧化。O2 2H2O 4e?4OH?2Pb 4OH??2Pb（OH）2 4eKOH溶液與外界有一層高分子薄膜隔開，樣氣不直接進(jìn)入傳感器，因而溶液與鉛電極不需定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過高分子薄膜擴(kuò)散到氧電極中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的電流決定于擴(kuò)散到氧電極的氧分子數(shù)，而氧的擴(kuò)散速率又正比于樣氣中的氧含量，這樣，該傳感器輸出信號大小只與樣氣中的氧含量相關(guān)，而與通過傳感器的氣體總量無關(guān)。通過外部電路的連接，反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移即電流的大小與參加反應(yīng)的氧成正比例關(guān)系。采用此方法進(jìn)行測氧，可以不受被測氣體中還原性氣體的影響，免去了許多的樣氣處理系統(tǒng)。它比老式“金網(wǎng)-鉛”原電池測氧更快速，不需要漫長的開機(jī)吹除過程，“金網(wǎng)-鉛”原電池樣氣直接進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致儀器的維護(hù)量很大，而燃料電池法樣氣不直接進(jìn)入溶液中，傳感器可以非常穩(wěn)定可靠的工作很長時(shí)間。事實(shí)上，燃料電池氧傳感器是完全免維護(hù)的。

　　氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體（螢石型），但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本�體，因此純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以當(dāng)在ZrO2中摻人一定量的

穩(wěn)定劑Y2O3時(shí)，由于Y置換了Zr的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴，另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體，因此又稱它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上分析，穩(wěn)定氧化鋯在高溫下（650℃以上）是氧離子的良好導(dǎo)體。

　　在上述電池中，Pt表示兩個(gè)鉑電極，它是涂制在氧化鋯電解質(zhì)的兩邊，兩種氧分壓為P＇＇O2和P＇O2的氣體分別通過電解質(zhì)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(zhì)是良好的氧離子導(dǎo)體，上述電池便是一個(gè)典型的氧濃差電池。

　　在高溫下（650－－-850℃），氧就會從分壓大的P＇＇O2一側(cè)向分壓小的P＇O2側(cè)擴(kuò)散，這種擴(kuò)散，不是氧分子透過氧化鋯從P＇＇O2側(cè)到P＇O2側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過氧化鋯的過程。在750℃左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，在電池的P＇＇O2側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子，變成兩個(gè)氧離子（O2-）進(jìn)入電解質(zhì)，即：

　　O2（P＇＇O2） 4e→2O2-P＇＇O2側(cè)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(jìn)入電解質(zhì)后，通過晶體中的空穴向前運(yùn)動到達(dá)右側(cè)的鉑電極，在池的P＇O2側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即：

　　P＇O2側(cè)鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上，由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢，稱之為氧濃差電動勢。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)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。

　　式中R為氣體常數(shù)，T為電池的熱力學(xué)溫度（K），F為法拉第常數(shù)．（1）式是在理想狀態(tài)下導(dǎo)出的，必須具有四個(gè)條件：（1）兩邊的氣體均為理想氣體；（2）整個(gè)電池處于恒溫恒壓系統(tǒng)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。

　　由上式，在溫度700℃時(shí)，當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣（20.6%）時(shí)，由濃差電池輸出電動勢E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)另一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理

。

　　氣體工業(yè)名詞術(shù)語。它是基于氧的磁化率遠(yuǎn)大于其他氣體磁化率這一物理現(xiàn)象來測量混合氣中氧含量的一種物理式氣體分析儀。由于直接測量磁化率值很復(fù)雜，工業(yè)上多采用間接測量，即根據(jù)磁化率隨溫度升高而減小的熱磁現(xiàn)象，通過橋式電路來進(jìn)行測量。它適用于自動連續(xù)地測定各種工業(yè)氣體中的氧含量。