概 述ZrO2-Ⅱ型直插式氧化鋯氧量自動分析儀是在總結國內(nèi)外多年研究和應用經(jīng)驗后，研制成功的新型氧量分析儀，適用于分析各種工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧量。它的主要特點是氧探頭的結構設計及鉑電極的化學配方、制作工藝充分考慮了被測爐氣組分極端復雜這一特點，可保證氧探頭在水平直插條件下應用時具有足夠長的壽命。而其信號轉換部分以單片微處理器為核心，通過軟件實現(xiàn)儀表大部分功能，硬件配置重點強化儀表的抗干擾措施。從提高氧量測量值可靠性入手，延長氧探頭的連續(xù)使用壽命，并使儀表具備與氧探頭要求相適應的自診斷功能及抗干擾能力。本儀表在改進氧化鋯的配方和完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號轉換器實現(xiàn)智能化等方面有較大改進，具體內(nèi)容如下：⑴改進氧化鋯的配方和燒制工藝，使其具有較高的電導率和致密度。⑵多孔性鉑電極的化學配方及制作工藝可保證氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有足夠的使用壽命。（3）儀表具有多種線性量程選擇。（4）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升溫速度的要求。（5）儀表信號具有必要的自診斷功能。1.工作原理 本儀器依據(jù)濃差電池原理構成，和其它電池一樣，它具有兩個半電池，而在兩電極之間，用氧化鋯作固體電介質。在高溫下，當氧化鋯兩側有氧濃差時，就形成了氧濃差電池，電池電動勢的大小可根據(jù)Nernst公式計算，即： 式中： E 濃差電池輸出，mV; n 電子轉移數(shù)，在此為4；R 理想氣體常數(shù)，8.314W S／mol； F 法拉第常數(shù)，96500C；T 絕對溫度，K； P O2 高濃度側氧分壓； P O2 低濃度側氧分壓。當電池工作溫度固定于700℃時，上式為：由上式可知，在溫度700℃時，當固體電介質一側氧分壓為空氣(20.6%)時，由濃差電池輸出電動勢E，就可以計算出固體電介質另一側氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動分析儀的測氧原理。2.主要技術參數(shù)2.1測量范圍顯示：0～25.0%O2：(三位數(shù)字顯示)模擬量輸出(線性)：0～5.00%O2，0～10.0%O2、0～25.0%O22.2測量精度：3%(滿量程)2.3響應時間：＜5S(90%測量值)2.4溫度精度：700 1℃2.5顯示內(nèi)容：氧濃(O2%)、氧勢(mV)、爐溫(℃)、加熱電壓（V）、 量程上、下限（O2%）、報警上、下限（O2%）2.6鍵盤設定：探頭零電勢校正,報警上、下限設定，2.7自診斷內(nèi)容及故障類別符號：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升溫異常(快) E 5升溫異常(停)E 6氧勢異常 E 7斷偶2.8輸出：0 10mA或4 20mA2.9負載電阻：0-1.0k (0-10mA輸出),0-500 (4-20mA輸出)2.10氧探頭長度為0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m。3.使用條件3.1信號轉換器的使用條件3.1.1儀器安裝環(huán)境應無易燃、易爆和強腐蝕性氣體，并要求通風良好。3.1.2工作環(huán)境溫度：0-50℃3.1.3工作環(huán)境濕度：＜90%3.1.4供電電壓：220V.AC 10%50Hz3.1.5功率消耗：＜200W3.2氧探頭的現(xiàn)場安裝條件 氧探頭的現(xiàn)場安裝場所必須滿足下列條件：3.2.1避開震動場合；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 700℃)4.儀器的組成整套儀器由氧探頭、信號轉換器（氧量變送器）及有關附件組成。4.1氧探頭 氧探頭由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測溫熱電偶、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個裝置采用全封閉型結構，以增加整個裝置的密封性能，提高使用壽命。 氧化鋯管是該檢測器的核心，由它產(chǎn)生氧濃差電勢信號，使用時應注意避免劇烈震動，以免損壞。 氧探頭內(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，為延長加熱電爐的壽命，在工藝上做了特殊的處理。由于氧探頭本身帶有加熱裝置，因而在低于700℃的環(huán)境中仍能正常工作。4.2信號轉換器 ZrO2-Ⅱ型氧化鋯氧量自動分析儀的信號轉換器實際上是一個小型的測控系統(tǒng)，由單片機作為中央控制系統(tǒng)。將來自氧探頭的模擬信號(氧勢、熱電勢)分別轉換成0-10KHz調頻信號，經(jīng)光電隔離后送至計算機，采用調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干擾能力。應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構編制，便于修改、增加軟件功能，以滿足不同用戶的特殊需要。程序運算采用了三位浮點數(shù)，保證了運算的精度，對氧濃、爐溫的計算，采用查表線性插值法，對爐溫的控制采用增量式PID算式控制。5.儀器的安裝5.1取樣點位置的選擇 選擇取樣點的原則有:5.1.1所取的氣樣能快速反映工藝狀態(tài)的變化情況，即氣體要具有代表性；5.1.2取樣點的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應變化太大；5.1.3氧探頭插入深度應達到煙道氣流部位，避免死區(qū)；5.1.4切忌在管道、煙道底部開口取樣；5.1.5取樣點附近爐堂、煙道應無泄漏，否則將造成測量誤差；5.1.6要選擇在易于維護、檢修的地方。預先加工好帶法蘭的 76mm設備短節(jié)，按要求選好取樣位置(爐壁或管道)，開一個 76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設備上，焊接時要保證焊接處不漏氣。對帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點位置后， 76mm設備短節(jié)應根據(jù)保溫厚度適當加長穿過爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長度大于60mm。必須注意：應保證設備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，絕對不能泄漏。把氧探頭插入短節(jié)，在短節(jié)法蘭與氧探頭法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個螺栓，使其不漏氣即可。注意:由于探頭的參比氣是靠空氣自然對流提供的,探頭必須水平安裝,參比氣和標準氣接口相應朝下.探頭端部防護套管的缺口位置(可調整方向)也應垂直向下,以防積灰.5.3信號轉換器的安裝信號轉換器的外形尺寸：水平 垂直 深 160 80 250mm儀表盤面的開孔尺寸：水平 垂直 152+1 76+1mm 信號轉換器用隨機配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現(xiàn)場儀表保護箱內(nèi)。5.3.1信號轉換器與氧探頭之間的連接信號轉換器盤裝于控制室,氧探頭安裝于現(xiàn)場,它們之間連接線有：氧勢信號線兩根采用RVVP2 1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設、電偶冷端補償導線兩根，采用K分度號KX-G型2 1.5帶屏蔽二芯補償導線敷設、電爐加熱線兩根，采用RVV2 2.5二芯電纜線敷設。信號轉換器與氧探頭之間的接線見圖3。