氧化鋯分析儀的工作原理

氧化鋯分析儀的工作原理

氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢(shì)來測(cè)定氧含量的傳感器，其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內(nèi)，位于整個(gè)探頭的頂端。
氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后形成的穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷燒結(jié)體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導(dǎo)體。因其這一特性，在一定高溫下，當(dāng)鋯管兩邊的氧含量不同時(shí)，它便是一個(gè)典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內(nèi)外電極。在實(shí)際的氧探頭中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內(nèi)電極，當(dāng)煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0（20.6%O2）時(shí)，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)氧離子

一、 概述

   氧化鋯煙氣氧量分析儀是近幾十年發(fā)展起來的新型測(cè)氧器，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、反應(yīng)速度快、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于電力、冶金、供暖、建材、電子等部門，分析各種工業(yè)鍋爐及窯爐中煙氣的氧含量，提高燃燒效率，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。

   氧化鋯氧量分析儀由轉(zhuǎn)換器和檢測(cè)器（俗稱氧探頭）組成，在檢測(cè)器的核心元件氧化鋯濃差電池上，采用了納米材料和優(yōu)良的生產(chǎn)工藝，在電極涂層上添加抑制電極老化的添加劑。大大提高了氧化鋯測(cè)量探頭的精度和使用壽命。檢測(cè)器采用直插式探頭結(jié)構(gòu)，不需取樣系統(tǒng)，能及時(shí)反映鍋爐內(nèi)燃燒狀況，如與自控裝置配合使用，可有效地控制燃燒狀況。轉(zhuǎn)換器采用單片機(jī)智能化設(shè)計(jì)，漢字液晶顯示，使數(shù)據(jù)顯示、功能控制更具有人性化；可與各類型DCS數(shù)據(jù)接入設(shè)備連接。使儀表的操作變的簡(jiǎn)單，容易掌握。具有以下特點(diǎn)：

? 1. 通用性較強(qiáng)，可以直接替換其它廠家氧量分析儀。

   2. 大屏幕藍(lán)底白字ＬＣＤ顯示。

? 3. 全中文操作菜單(出口產(chǎn)品可以提供英文菜單)。

? 4. 氧量量程0.01-25.00％內(nèi)自由設(shè)定（量程0-5%）。

   5. 溫度采用ＰＩＤ控溫，恒溫點(diǎn)７００℃和７５０℃（可現(xiàn)場(chǎng)選擇）。

? 6. 可設(shè)置氧量上、下限報(bào)警指示，溫度上、下限報(bào)警指示。

? 7. 本底電勢(shì)一鍵校正。

? 8. 可用標(biāo)準(zhǔn)氣在線校準(zhǔn)。

? 9.  4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出與主電路光電隔離，可直接遠(yuǎn)傳進(jìn)入DCS系統(tǒng)。

?  10. 多種故障信息提示。

二、工作原理

    氧化鋯是一種高溫電解質(zhì)濃差電池，在高溫環(huán)境下，具有能產(chǎn)生氧離子遷移的導(dǎo)電性能，由于被測(cè)氣體（煙氣或其它氣體）與參比氣

體（空氣或其它氣體）在氧化鋯兩側(cè)鉑電極的氧分壓不同，在兩極間有一定數(shù)量的氧離子遷移而產(chǎn)生了氧濃差電勢(shì)，其電勢(shì)值與氧濃度的關(guān)系，可以用能斯特（Nernst）公式來表示：

             E=RT/4F×LnP₁/P₂

式中：E—氧濃差電勢(shì)（V）

      R—理想氣體常數(shù)（8.314J/moLK）

      T—絕對(duì)溫度值（K）

      F—法拉第常數(shù)（96500c/moL）

      P1—參比氣體分壓（空氣）

      P2—被測(cè)氣體分壓

    變送器把所測(cè)量出的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)換，將氧含量在液晶屏上顯示出來，同時(shí)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)供計(jì)算機(jī)或計(jì)錄儀使用。

    700℃和750℃時(shí)氧濃度與氧濃差電勢(shì)關(guān)系見附表．

三、 技術(shù)指標(biāo)

??          量程：   0.01～25.00%O₂(量程從5.00％－25.00％內(nèi)自由設(shè)置）

     輸出信號(hào)： 4 ～20mA 負(fù)載電阻≤500Ω 隔離

     重復(fù)性：   滿量程的±0.5%

     基本誤差： ≤±1%（滿量程）

     穩(wěn)定性：   ≤±1%（儀器連續(xù)檢定4h）

     響應(yīng)時(shí)間： 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體從檢測(cè)器入口引入時(shí)計(jì)，5秒內(nèi)達(dá)到90%的響應(yīng)

     環(huán)境溫度： 檢測(cè)器 -10℃～80℃   轉(zhuǎn)換器 0℃～40℃

     電源及功耗：電源220±10%VAC，功耗最大為150W

??  樣氣溫度：   ≤700℃（700℃以上協(xié)商供貨）

?      樣氣壓力范圍：±10KPa

??  檢測(cè)器長(zhǎng)度：  0.4m;0.8m;1.0m;1.2m；（其他長(zhǎng)度可根據(jù)用戶要求生產(chǎn)）

四、 檢測(cè)器的構(gòu)造

     檢測(cè)器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱爐、熱電偶、氣體導(dǎo)管、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。對(duì)高粉塵的檢測(cè)環(huán)境，為達(dá)到更好的過濾效果，加裝了多孔陶瓷過濾器。

    檢測(cè)器內(nèi)的氧化鋯管是核心元件 ，屬陶瓷易碎品，運(yùn)輸和安裝使用過程中應(yīng)避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。檢測(cè)器內(nèi)加熱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)加熱爐的壽命，在工藝上作了特殊的處理。因檢測(cè)器本身帶有加熱裝置，從而在低于700℃的環(huán)境中能正常工作。