氧化鋯氧量分析儀的基本原理是：以氧化鋯作固體電解質，高溫下的電解質兩側氧濃度不同時形成濃差電池，濃差電池產生的電勢與兩側氧濃度有關，如一側氧濃度固定，即可通過測量輸出電勢來測量另一側的氧含量。
在600~1200℃高溫下，經高溫焙燒的氧化鋯材料對氧離子有良好傳導性。在氧化鋯管兩側氧濃度不等的情況下，濃度大的一側的氧分子在該側氧化鋯管表面電極上結合兩個電子形成氧離子，然后通過氧化鋯材料晶格中的氧離子空穴向氧濃度低的一側泳動，當到達低濃度一側時在該側電極上釋放兩個電子形成氧分子放出，于是在電極上造成電荷累積，兩電極之間產生電勢，此電勢阻礙這種遷移的進一步進行，直至達到動平衡狀態，這就形成濃差電池，它所產生的與兩側氧濃度差有關的電勢，稱作濃差電勢。
這樣，如果把氧化鋯管加熱至一大于600℃的穩定溫度，在氧化鋯兩側分別流過總壓力相同的被測氣體和參比氣體，則產生的電勢與氧化管的工作溫度和兩側的氧濃度有固定的關系。如果知道參比氣體濃度，則可以根據氧化鋯管兩側的氧電勢和氧化鋯管的工作溫度計算出被測氣體的氧濃度。
為了正確測量煙氣中氧含量，使用氧化鋯氧量分析儀時必須注意以下幾點：
（1）為確保輸出不受溫度影響，氧化鋯管應處于恒定溫度下工作或在儀表線路中附加溫度補償措施。
（2）使用中應保持被測氣體和參比氣體的壓力相等，只有這樣，兩種氣體中氧分壓之比才能代表兩種氣體中氧的百分容積含量（即氧濃度）之比。因為當壓力不同時，如氧濃度相同，氧分壓也是不同的。
（3）必須保證被測氣體和參比氣體都有一定的流速，以便不斷更新。
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