法蘭型氧化鋯氧氣含量分析儀概述
ZrO₂-II 型法蘭式微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀是在總結(jié)氧化鋯氧量分析儀多年研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后，研制成功的新型氧量分析儀，適用于各種工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧 量。

        它的主要特點(diǎn)是氧量檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉑電極的化學(xué)配方、制作工藝充分考慮了被測(cè)爐氣組分復(fù)雜這一特點(diǎn)，可保證檢測(cè)器在水平直插條件下應(yīng)用時(shí)具體 足夠長(zhǎng)的壽命。而其信號(hào)轉(zhuǎn)換部分以單片微處理器為核心，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)儀表大部分功能，硬件配置重點(diǎn)強(qiáng)化儀表的抗干擾措施。

        從提高氧量測(cè)量可靠性入手，延長(zhǎng)氧量檢測(cè)器的持續(xù)使用壽命，并使儀表具備與檢測(cè)器要求相適應(yīng)的自診斷功能及抗*力。本儀表在完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)智能化等方面較大改進(jìn)，具體內(nèi)容如下：

(1)多孔性鉑電極的化學(xué)配方及制作工藝可保證氧量檢測(cè)器氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有足夠的使用壽命。

(2)儀表具有多種線性量程選擇。

(3)儀表溫度控制系統(tǒng)所給出的升溫曲線能滿足氧化鋯材料對(duì)升溫速度的要求。

(4)儀表信號(hào)具有必要的自診斷功能。

1、法蘭型氧化鋯氧氣含量分析儀工作原理
　　本儀器依據(jù)濃差電池原理構(gòu)成，和其他電池一樣，它具有兩個(gè)半電池，而在兩電極之間，用固體電介質(zhì)氧化鋯聯(lián)結(jié)。
在高溫下，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)有氧濃差時(shí)，就形成了氧濃差電池，電池電動(dòng)勢(shì)的大小可依據(jù)Nernst公式計(jì)算，即：

式中：E-濃差電池輸出，mV; n-電子轉(zhuǎn)移數(shù)，在此為4;
R-理想氣體常數(shù)，9.314 W*S/mol; F-法拉第常數(shù),96500 C;
T-溫度,K; P"Q-高濃度側(cè)氧分壓; P’Q-低濃度側(cè)氧分壓。
當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為：

由上式可知，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(dòng)勢(shì)E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測(cè)氧原理。

2、主要技術(shù)參數(shù)

2.1 測(cè)量范圍
顯示：0~25.0%？：(三位數(shù)字顯示)
模擬量輸出(線性)：0~5.00%？，0~10.0%？，0~25.0%？

2.2 測(cè)量精度：3%

2.3 響應(yīng)時(shí)間：≤5S(90%測(cè)量值)

2.4 溫度精度：700±1℃

2.5 顯示內(nèi)容：氧濃()、氧勢(shì)(mV)、爐溫(℃)、加熱電壓(V)、量程上、下限()、報(bào)警上、下限()

2.6 鍵盤(pán)設(shè)定：報(bào)警上、下限設(shè)定，探頭零電勢(shì)校正

2.7 自診斷內(nèi)容及故障類別符號(hào)：
E-0 氧量上限 　　　　E-1 氧量下限 　　 　E-2 溫度異常(高)
E-3 溫度異常(低)　 E-4 溫度異常(快)　E-5 溫度異常(停)
E-6 氧勢(shì)異常 E-7 斷偶

2.8 輸出：0-10mA 或 4-20mA

2.9 負(fù)載電阻：0-1.6kΩ(0-10mA輸出)，0-800Ω(4-20mA輸出)

2.10 檢測(cè)器長(zhǎng)度為0.2m、0.4m、0.8m、1.0m、1.2m。

3、使用條件

3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用條件

3.1.1 儀器安裝環(huán)境應(yīng)無(wú)易燃、易爆和強(qiáng)腐蝕性氣體，并要求通風(fēng)良好。

3.1.2 工作環(huán)境溫度：0-50℃

3.1.3 工作環(huán)境溫度：≤90%

3.1.4 供電電壓：220V.AC±10%Hz

3.1.5 功率消耗：150W

3.2 氧量檢測(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝條件
檢測(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝場(chǎng)所必須滿足下列條件：

3.2.1 避開(kāi)震動(dòng)場(chǎng)合；

3.2.2 要有足夠的工作空間。

3.2.3 煙氣溫度和壓力要在儀器規(guī)定范圍內(nèi)。(煙氣溫度＜650℃)

4、儀器的組成
　　整套儀器由氧量檢測(cè)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。

4.1 氧量檢測(cè)器
氧量檢測(cè)器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測(cè)溫?zé)犭娕?、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個(gè)裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)，以增加整個(gè)裝置的密封性能，提高使用壽命。
氧化鋯管是該檢測(cè)器的核心，由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào)，使用時(shí)應(yīng)注意避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。
檢測(cè)器內(nèi)加熱電爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度，為延長(zhǎng)加熱電爐的壽命，在工藝上做了特殊的處理。由于檢測(cè)器本身帶有加熱裝置，因而在低于600℃的環(huán)境中仍能正常工作。

4.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換器
Zr02-Ⅱ型微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)小型的測(cè)控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為*控制系統(tǒng)。
將來(lái)自氧量檢測(cè)器的模擬信號(hào)(氧勢(shì)、熱電勢(shì))分別調(diào)制成0-10KNz調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)光電隔離后送至計(jì)算機(jī)，采用調(diào)頻方式能將儀表輸入、輸出相互隔離， 這樣就消除了諸如大電流跳變所引起的干擾，能夠克服高共模電壓，因而大大提高了儀表的抗*力。應(yīng)用程序主要由主程序和子程序組成，所有的程序都采用模 塊結(jié)構(gòu)編制，便于修改、增加軟件功能，以滿足不同用戶的特殊需要。程序運(yùn)算采用了三位浮點(diǎn)數(shù)，保證了運(yùn)算勞動(dòng)精度，對(duì)氧濃、爐溫的計(jì)算，采用查表線性插值 法，對(duì)爐溫的控制采用增量式PID算式控制。信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電氣原理框圖見(jiàn)圖1

5、儀器的安裝

5.1 取樣點(diǎn)位置的選擇
選擇取樣點(diǎn)的原則有：

5.1.1 所取的氣樣能快速反映工藝的變化情況，即氣體要具有代表性；

5.1.2 取樣點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大；

5.1.3 氧檢測(cè)器插入深度應(yīng)達(dá)到煙道氣流部位，避免死區(qū)；

5.1.4 切忌在管道、煙道底部開(kāi)口取樣；

5.1.5 取樣點(diǎn)附近爐膛、煙道應(yīng)無(wú)、泄漏，否則將造成測(cè)量誤差；

5.1.6 要選擇在易于維護(hù)、檢修的地方。

5.2 氧量檢測(cè)器的安裝
氧量檢測(cè)器的安裝參照?qǐng)D3、圖4、進(jìn)行

　　預(yù)先加工好帶法蘭的φ76mm設(shè)備短節(jié)，按要求選好取樣位置(爐壁或管道)，開(kāi)一個(gè)φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上，焊接時(shí)要保證焊接處不 漏氣。對(duì)帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點(diǎn)位置后，φ76mm設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)加長(zhǎng)穿過(guò)爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長(zhǎng)度約60mm。必須 注意：應(yīng)保證設(shè)備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把檢測(cè)器插入短節(jié)，在短節(jié)法蘭與檢測(cè)器法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個(gè)螺栓，使其 不漏氣即可。
注意：由于探頭的參比氣是靠空氣自然對(duì)流提供的，探頭必須水平安裝，參比氣和標(biāo)準(zhǔn)氣接口相應(yīng)朝下。探頭端部防護(hù)套管的缺口位置(可調(diào)整方向)也應(yīng)垂直向下，以防積灰。

5.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的安裝
信號(hào)轉(zhuǎn)換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm
信號(hào)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)口尺寸：水平×垂直 152－1×76－1mm
信號(hào)轉(zhuǎn)換器用隨機(jī)配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤(pán)上，亦可安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表保護(hù)箱內(nèi)(特殊規(guī)格可來(lái)電訂做：)。

5.3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與檢測(cè)器之間的連接
信號(hào)轉(zhuǎn)換器盤(pán)裝于控制室，氧量檢測(cè)器安裝于現(xiàn)場(chǎng)，它們之間連接線有：氧勢(shì)信號(hào)線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設(shè)、電偶冷端補(bǔ)償導(dǎo)線兩 根，采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)、電爐加兩根，采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設(shè)。 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與氧量檢測(cè)器之間的接線見(jiàn)圖3。

5.3.2 接線時(shí)應(yīng)注意下列要求：

5.3.2.1 加與信號(hào)線分開(kāi)穿管；

5.3.2.2 鋯管的氧勢(shì)、熱電偶溫度補(bǔ)償信號(hào)線都是具有極性的信號(hào)線，安裝時(shí)應(yīng)注意極性的正確連接。

6、使用方法

6.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用

6.1.1 開(kāi)機(jī)及狀態(tài)說(shuō)明
置信號(hào)轉(zhuǎn)換器于“測(cè)量”狀態(tài)(出廠時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)換器已置于測(cè)量狀態(tài))，開(kāi)機(jī)后，顯示屏顯示“———”符號(hào)，表示開(kāi)機(jī)正常，2S后進(jìn)入程序升溫狀態(tài)，顯示 屏交叉顯示“UUU”及溫度，溫度鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮，經(jīng)1h爐溫達(dá)700℃，并自動(dòng)退出程序升溫狀態(tài)轉(zhuǎn)入氧量測(cè)量程序，氧量鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮，LED窗口顯示 當(dāng)時(shí)氧量，輸出通道給出與所選擇的測(cè)量范圍及當(dāng)時(shí)氧量有關(guān)的模擬量(0-10mA或4-20mA)。
開(kāi)機(jī)后各狀態(tài)說(shuō)明表1

在“程序升溫”狀態(tài)下，儀表顯示升溫符號(hào)及當(dāng)時(shí)溫度值，在正常“測(cè)量”狀態(tài)下，儀表顯示當(dāng)時(shí)“氧量”值，當(dāng)要查詢“溫度”或“氧量”以外的其它參數(shù) 時(shí)，只要按下列板對(duì)應(yīng)鍵，在顯示窗口立即顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)值，但按鍵動(dòng)作不影響程序升溫時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)氧量所對(duì)應(yīng)的模擬輸出量，且在10S后顯示內(nèi)容自動(dòng) 返回，恢復(fù)顯示程序升溫狀態(tài)時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)的氧量值?？傊跍y(cè)量時(shí)，任何按鍵動(dòng)作不影響與氧量相對(duì)應(yīng)的模擬量輸出，僅僅是顯示內(nèi)容的改變，且在 10S后返回。

6.1.3 儀器的校正
由于氧化鋯元件的離散性，由于氧化鋯元件在使用過(guò)程中的老化，由于安裝點(diǎn)比氣的流通情況不盡相同，可能是氧化鋯元件的測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。因此，不僅對(duì)新安裝的氧化鋯探頭需要進(jìn)行在線校準(zhǔn)，而且必須定期對(duì)運(yùn)行中的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。
在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)，把氧探頭和轉(zhuǎn)換器按圖6正確連接好并接通電源，一小時(shí)后溫度達(dá)到700℃。旋開(kāi)探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，將瓶裝5%含量的氮中氧標(biāo)準(zhǔn)氣體 通過(guò)減壓器將其流量控制在300ml/分鐘，用無(wú)味乳膠管送入探頭的標(biāo)氣口內(nèi)，觀察轉(zhuǎn)換器的氧量顯示值，若氧量偏差較大則需按一下“氧勢(shì)校正鍵”，再通過(guò) 按“加”或“減”鍵使顯示值增加或減少一些，再按“氧量”鍵，查看氧量是否在5%左右，若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)重復(fù)此步驟調(diào)整，若無(wú)法調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明鋯管已老化， 需換新鋯管。
無(wú)標(biāo)氣現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)：旋開(kāi)探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，使空氣進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)管，按一下轉(zhuǎn)換器面板上的“氧勢(shì)校正鍵”，通過(guò)按“加”或“減”鍵使顯示值為±0.1mv以內(nèi)，再按下“氧量”鍵應(yīng)顯示20.6即可，校準(zhǔn)結(jié)束應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓重新旋緊即可正常使用。

6.1.4 上下限報(bào)警設(shè)定值的改變
按上限報(bào)警(或下限報(bào)警)鍵，此時(shí)顯示上限報(bào)警(或下限報(bào)警)設(shè)定值，如需進(jìn)行改變，按“加”或“減”鍵，直至符合要求為止。

6.1.5 異常報(bào)警說(shuō)明
在發(fā)生異常時(shí)，LED窗口顯示故障類別，并將報(bào)警接點(diǎn)接通，此時(shí)，輸出不自鎖。詳細(xì)說(shuō)明如表3。
表3 異常報(bào)警功能說(shuō)明

仔細(xì)檢查氧量檢測(cè)器是否符合第5節(jié)所述安裝要求后，在檢測(cè)器電爐溫度達(dá)到700℃后，儀表應(yīng)顯示系統(tǒng)當(dāng)時(shí)含氧量對(duì)應(yīng)的模擬量。

7、故障判別及排除方法
注：表4包括由于儀器信號(hào)故障所造成的氧量測(cè)量值偏高、偏低或不穩(wěn)定，其故障排除方法可參考6.1.3儀器校正的步驟進(jìn)行。

7.1 故障處理步驟

7.1.1 將氧量檢測(cè)器從取樣口抽出，在現(xiàn)場(chǎng)與信號(hào)轉(zhuǎn)接器按說(shuō)明書(shū)要求正確接線，并使氧量　　檢測(cè)器氧化鋯探頭升溫至700℃。測(cè)量鋯管的零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻，應(yīng)分別 小于±5mV及500Ω(出廠時(shí)，鋯管的零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻分別小于±3mV及50Ω)，如能符合要求，說(shuō)明氧化鋯探頭性能良好。若零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻分別大 于±5mV及500Ω以上，需換新鋯管，然后按照6.1.3節(jié)說(shuō)明的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

7.1.2 在氧量檢測(cè)器“氧勢(shì)”端子處卸下內(nèi)部探頭連線，將手動(dòng)電位差計(jì)輸出信號(hào)由“氧勢(shì)”端子輸入，不同的毫伏輸入，信號(hào)轉(zhuǎn)換器應(yīng)顯示不同的氧量，其關(guān)系參見(jiàn)附錄A“氧濃度-濃差電勢(shì)對(duì)照表”。

7.1.3 確認(rèn)氧化鋯探頭性能，氧量測(cè)量及溫度控制系統(tǒng)均正常后，重新將氧量檢測(cè)器裝回取樣口，按表4所列現(xiàn)象按先后次序檢查、排除。

表4 故障現(xiàn)象、原因、排除方法

8、儀表成套性
全套儀表裝相清單：