ZrO2-II氧量分析仪

一、概述：
     氧量分析仪，氧化锆氧量分析仪，它又被称为氧化锆氧分析仪，氧化锆分析仪/氧化锆氧量计/氧化锆氧量表。
    氧量分析仪主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。
氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪（又称变送器、变送单元、转换器、分析仪）以及它们之间的连接电缆等组成。BQG-2118-S型系列推荐。
氧量分析仪，氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器，其核心的氧化锆管安置在一微型电炉内，位于整个探头的顶端。 
   ZrO₂-Ⅱ型直插式微机化氧量自动分析仪是在总结氧化锆氧量分析仪多年研究和应用经验后，研制成功的新型氧量分析仪，适用于分析各种工业锅炉、窑炉及加热炉中烟气的含氧量。它的主要特点是氧量检测器的结构设计及铂电极的化学配方、制作工艺充分考虑了被测炉气组分极端复杂这一特点，可保证检测器在水平直插条件下应用时具有足够长的寿命。而其信号转换部分以单片微处理器为核心，通过软件实现仪表大部分功能，硬件配置重点强化仪表的抗干扰措施。
   氧量分析仪从提高氧量测量值可靠性入手，延长氧量检测器的连续使用寿命，并使仪表具备与检测器要求相适应的自诊断功能及抗干扰能力。本仪表在完善氧化锆头金属化工艺及仪表信号转换器实现智能化等方面有较大改进，具体内容如下：

⑴ 多孔性铂电极的化学配方及制作工艺可保证氧量检测器氧化锆探头在锅炉烟气氛中有足够的使用寿命。

⑵ 仪表具有多种线性量程选择。

⑶ 仪表温度控制系统所给出的升温曲线能满足氧化锆材料对升温速度的要求。

⑷ 仪表信号具有必要的自诊断功能。

二、工作原理

氧量分析仪依据浓差电池原理构成，和其它电池一样，它具有两个半电池，而在两电极之间，用固体电介质氧化锆联结。

在高温下，当氧化锆两侧有氧浓差时，就形成了氧浓差电池，电池电动势的大小可根据Nernst公式计算，即：

                     

式中：  E—浓差电池输出，mV;                   n—电子转移数，在此为 4；

R—理想气体常数，8.314 W·S／mol；    F—法拉第常数，96500 C；

T—绝对温度，K；  P″O₂—高浓度侧氧分压；  P′O₂—低浓度侧氧分压。

当电池工作温度固定于700℃时，上式为：

由上式可知，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%)时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量自动分析仪的测氧原理。

三、.技术参数：

2.1 测量范围

显示：0～25.0 %O₂：(三位数字显示)

模拟量输出(线性)：0～5.00 %O₂，0～10.0 %O₂、0～25.0 %O₂

2.2 测量精度：3%

2.3 响应时间：≤5S(90%测量值)

2.4 温度精度：700±1℃

2.5 显示内容：氧浓(O₂%)、氧势(mV)、炉温(℃)、加热电压（V）、

             量程上、下限（O₂%）、报警上、下限（O₂%）

2.6 键盘设定：报警上、下限设定，探头零电势校正

2.7 自诊断内容及故障类别符号：

E—0 氧量上限      E—1 氧量下限      E—2 温度异常(高)

E—3 温度异常(低)  E—4 温升异常(快)  E—5 温升异常(停)

E—6 氧势异常     E—7 断偶

2.8 输出： 0—10mA 或 4—20mA

2.9 负载电阻：0-1.6 kΩ(0-10mA输出), 0-800Ω(4-20mA输出)

2.10 检测器长度为0.2m、0.4m、0.8m、1.0m、1.2m。

四、使用条件：

3.1信号转换器的使用条件

3.1.1仪器安装环境应无易燃、易爆和强腐蚀性气体，并要求通风良好。

3.1.2 工作环境温度：0-50℃

3.1.3 工作环境湿度：≤90%

3.1.4 供电电压：220V.AC±10% 50Hz

3.1.5 功率消耗：150W

3.2 氧量检测器的现场安装条件

    检测器的现场安装场所必须满足下列条件：

3.2.1 避开震动场合；

3.2.2要有足够的工作空间。

3.2.3 烟气温度和压力要在仪器规定范围内。(烟气温度<650℃)

五、仪器的组成：

整套仪器由氧量检测器、信号转换器及有关附件组成。

4.1 氧量检测器

    氧量检测器由防尘装置、氧化锆管、加热电炉、测温热电偶、接线盒以及壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能，提高使用寿命。

    氧化锆管是该检测器的核心，由它产生氧浓差电势信号，使用时应注意避免剧烈震动，以免损坏。

    检测器内加热电炉的作用是提供氧化锆元件正常工作所需的温度，为延长加热电炉的寿命，在工艺上做了特殊的处理。由于检测器本身带有加热装置，因而在低于600℃的环境中仍能正常工作。

4.2信号转换器

  ZrO₂-Ⅱ型微机化氧量自动分析仪的信号转换器实际上是一个小型的测控系统，由单片机作为中央控制系统。

将来自氧量检测器的模拟信号(氧势、热电势)分别调制成0-10KHz调频信号，经光电隔离后送至计算机，采用调频方式能将仪表输入、输出相互隔离，这样就消除了诸如大电流跳变所引起的干扰，能够克服高共模电压，因而大大提高了仪表的抗干扰能力。应用程序主要由主程序和子程序组成，所有的程序都采用模块结构编制，便于修改、增加软件功能，以满足不同用户的特殊需要。程序运算采用了三位浮点数，保证了运算的精度，对氧浓、炉温的计算，采用查表线性插值法，对炉温的控制采用增量式PID算式控制。信号转换器的电气原理框图见图1

 

  断偶检测

 

计     算     机

电偶    放大    V/F    光隔    整形                      三位LED显示

 

 

 

ZrO₂      放大    V/F    光隔    整形                      十位键盘 

 

 

输出

 

 

 

电炉    固态继电器    光隔过零检测                光隔  F/ I    

氧  量  处理器                              报警

检测器

图1  信号转换器电气原理框图

 

六、仪器的安装：

5.1取样点位置的选择

 选择取样点的原则有:

5.1.1 所取的气样能快速反映工艺状态的变化情况，即气体要具有代表性；

5.1.2 取样点的温度、压力、流量等参数不应变化太大；

5.1.3氧检测器插入深度应达到烟道气流部位，避免死区；

5.1.4 切忌在管道、烟道底部开口取样；

5.1.5 取样点附近炉堂、烟道应无泄漏，否则将造成测量误差；

5.1.6 要选择在易于维护、检修的地方。

5.2 氧量检测器的安装

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