ZO氧化锆分析仪说明书.docx

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ZO氧化锆分析仪说明书

JB/T8281—99《氧化锆氧分析器产品技术条件》适用于本仪器

本仪器产品的“计量器具制造许可证”号码为：

（苏）制01000259号。

1、简介

本“操作手册”介绍的内容可帮助有关人士熟悉南京能斯特仪器公司生产的ZO--2000型氧化锆氧分析仪的安装、使用、操作、调校和一般性维护、检修。

ZO--2000型氧化锆氧分析仪是一种以微电脑为数据处理控制核心、以氧化锆固体电解质氧传感器为检测元件的小型智能化仪器。

主要用于测定“氮－氧、氩－氧”及其他惰性混合气体中的氧气体积比的单组份气体成分的定量分析。

本分析仪设计为在线连续工作方式，LED数字显示。

仪器可按现场工艺要求，可任意设定待测气体氧含量的上、下限控制点。

氧量超限时，发出声光报警信号及提供报警信号输出接点。

本仪器在总结以往现场使用经验的基础上，设计有密封式电炉和独特的二次超温保护功能，延长了电炉的使用寿命，提高了仪器的安全可靠性。

仪器设有4—20mA标准信号输出、RS-232通讯口以及氧含量上限超限报警信号输出，为仪器的现场闭环使用提供了条件。

该仪器自身可以配用气样过滤装置，使待测气样能得到净化处理，延长了传感器的使用寿命。

仪器可以根据用户现场的要求，内部加装抽气泵，因此可以直接使用在测量对象为负压的场合，不必另外考虑安装抽气装置。

该仪器设计精巧、紧凑是同类分析仪器中体积最小的产品，具有重量轻、制作精良、适应性强，外形美观大方，使用、操作简便等优点，尤其适用于石油化工、玻璃建材、磁性材料、冶金机械、化肥化纤、空分气体制造、电子、制药等行业的工艺性气体，保护性气体和需要在线定量检测惰性气体中氧含量的场合使用，也可以用于实验室测定和科学实验等场合，是气体成份分析检定、试验，相关产品的工艺、质量控制、检测的理想设备。

ZO-2000型氧化锆氧分析仪分为台式和嵌装式（盘式）两种外形，便于用户根据现场安装情况选用。

上述两种机型除仪器的外形和安装方式不同外，其技术性能指标、操作、使用、维修、调校方法均相同。

该气体分析仪设计用于室内运行。

（见图1）

2、仪器的工作条件

2.1、环境温度：

-5---40℃；

2.2、大气压力：

86.0---106.0KPa；

2.3、大气相对湿度：

<85%RH；

2.4、电源电压：

180---240VAC：

电源频率：

47.5---52.5Hz；

2.5、分析仪气源进口处样气压力：

<50KPa，负压时<300mmH2O；

2.6、样气中机械性夹杂含量：

<2mg/m3；

2.7、样气中有毒性气体夹杂含量（SO2，H2S等能腐蚀毒化电极的物质）：

<1×10-6；

2.8、样气中可燃性气体夹杂含量（H2，CO，CH4等与氧气有反应的物质）<待测气样中氧气浓度的1%，否则在微量测定时（<1×10-4）将产生明显的负干扰误差；

2.9、分析仪在现场安装时，与感性大功率负载和强磁场之间的距离应大于3--5米；

2.10、分析仪相对于水平面，在任一方向上所能允许的倾角<5°；

2.11、分析仪不应安装在⑴有机械震动⑵粉尘较大⑶有腐蚀性气体的场合；

图1仪器外形图上图：

台式，下图：

嵌装式（盘式）

3、仪器的技术数据

3.1、测量范围：

1×10-7—100%O2—100%O2），LED数字显示，输出信号分Ⅵ档（订货时可根据用户要求设定档位量程）量程范围见“”段节；

3.2、基本误差：

量程≤1×10-4（≤100PPm）：

±5%，量程>1×10-4（>100PPm）：

±2%；

3.3、重复性：

量程≤1×10-4（≤100PPm）：

±×10-6，量程>1×10-4（>100PPm）：

±1%；

3.4、零点漂移：

≯基本误差；

3.5、标准信号输出：

4—20mA，量程分Ⅵ档（最大允许负载：

750Ω），对应量程范围：

第Ⅰ档：

0.1PPm--10PPm，第Ⅱ—100PPm，第Ⅲ—1000PPm，

第Ⅳ档：

0.1%--1%，第Ⅴ档：

0.1%--10%，第Ⅵ档：

0.1%—100%；

RS-232通讯口，输出数字信号（不分档）。

3.6、气样流量的影响：

L=200ml/min±10ml/min：

量程<1×10-4±5%；

量程>1×10-4±2%；

3.7、分析仪的读数稳定时间：

在检定条件下，气源线长度一定时（≤），

分析仪读数60秒内稳定在测值的90%以上；

3.8、分析仪超限报警的上下限设定：

上下限的设置区间可在每档量程的范围内任意设定，也可以只设上限或下限，氧量超限时，显示的氧含量数字闪烁，同时有声光报警信号，但不影响测量值的准确。

超限时，仪器分别提供报警输出信号接点。

当待侧气体氧含量恢复至限内时，报警终止，输出信号接点复位。

输出信号接点容量200V/1ADC。

3.9、仪器温控精度：

（T℃+Δt℃）±3℃，（T—浓差电池理论设计温度：

750℃，

Δt—氧化锆固体电解质传感器的温度误差修正值）；

3.10、内附抽气泵抽力：

<300mmH2O（测量对象为负压时使用，订货时特别提出）；

、分析仪的预热时间：

～40分钟；

3.12、分析仪的功率消耗：

<50W；

3.13、分析仪的重量：

～6kg；

3.14、分析仪的外形和安装开孔尺寸：

ZO--2000型（台式）外形尺寸：

280（宽）×120（高）×300（深）mm；

ZO--2000型[嵌装式（盘式）]外形尺寸：

290（宽）×130（高）×300（深）mm；

ZO--2000型[嵌装式（盘式）]屏上开孔尺寸：

280+1（宽）×120+1（高）mm；

4、分析仪的设计和工作原理

氧化锆氧分析仪又称为浓差电池测氧仪，是以氧化锆固体电解质为氧传感器组成的氧浓差电池，它可以精确地分析惰性气体中的氧气含量。

由于是以空气为参比气，通过直接测量浓差电池中的参比空气PcO2与被测气体PxO2的氧浓差电势，换算为氧含量直接显示。

众知空气中的氧浓度是稳定的，即使是连续使用，参比气样的O2也不会变动所以能极准确、稳定地进行测量。

氧化锆固体电解质必须在高温（≥600℃）下才能工作，这时其内部的氧离子空穴就具有了传导氧离子的功能。

高浓端的氧分子在铂电极的催化作用下，获取铂电极上的自由电子后，以离子的形式通过氧离子空穴，在低浓端的铂电极上释放出多余电子，还原成氧分子，因此在两电极上产生了与氧浓度相对应的氧浓差电势。

实际中，我们将氧化锆固体电解质做成试管状，即氧化锆管，在锆管底部的内外表面上，用铂金镀复上多孔电极，就制成了氧浓差电池的氧传感器。

将此传感器装入恒定高温的电炉内，外电极以空气为参比气体Pc，内电极通入待测气体Px，即组成了氧化锆氧浓差电池（见图2），所构成的氧浓差电池可表示为：

Pt，PcO2‖ZrO2·Y2O3‖PxO2，Pt

+↓-----------------------E（mV）-------------------↓--

式中：

Pt…铂电极；Pc…参比气氧浓度；ZrO2·Y2O3…氧化锆固体电解质；

Px…待测气体氧浓度；E…氧浓差电动势（mV）；

在高温和理想气体下，如果两电极处的气体含氧浓度不同的话，氧离子由高浓向低浓方移动，从而在两电极间产生浓差电动势。

其浓差电动势的大小可由能斯特（Nernst）公式给出：

R·TPc

Em（mV）=—————ln———………………………………………①

nFPx

式中：

Em……氧浓差电势（mV）；R……气体常数；T……电池定值温度（绝对温度K）；

n……常数=4；F……法拉第常数；Px……待测气氧浓度；Pc……参比气氧浓度；

将以上各个具体常数带入①式得：

Em（mV）=0.04960TlgPc/Px…………………………………………②

因为分析仪使用空气作为参比气体Pc，如将空气氧浓度值（20.9%O2）带入②式得：

Em（mV）=0.04960T（--0.6789—lgPx）=--0.03360T—0.04960lgPx……③

可见，如将温度T固定，即可得到与待测气体Px氧含量相对应的氧电势Em的毫伏电势。

对此电势进行电路处理后，显示即时氧含量和输出标准信号，完成测量过程。

用上述原理设计的ZO--2000型氧化锆氧分析仪主要由变送器、过滤装置、抽气泵、测控电路、保护电路等五大部分组成，他们组装在铝合金构成的金属机箱内成为一体。

（见图3）变送器以氧化锆氧传感器、加热器、

温度传感器、流量测控及气路管道等部件组成，其主要任务是将待测气体的氧浓度在由传感器、加热炉构成的氧浓差电池中，转变为电信号，供测控电路处理后显示和输出。

仪器的测控电路是以微处理器为核心的小型控制系统，对变送器中氧传感器产生的氧浓差电势信号进行数据分析处理后，供仪器显示氧含量和输出标准信号；系统同时还对变送器中的热电偶信号进行处理，控制加热炉的温度，使之恒定在设定的温度±3℃之内，为氧浓差电池传感器提供恒定的工作温度，以确保氧传感器的正常工作。

为了彻底改变以往电炉易烧毁的情况，仪器设置了双重超温保护的功能，使加热炉的安全得到充分的保护，延长了加热炉的使用寿命，减少了维护工作量。

系统电路采取了温度、氧电势信号各自独立的通道，提高了仪器工作的可靠性和稳定性。

该电路设计有抗干扰、温度补偿等电路，同时考虑了仪器故障自诊断、故障显示、超温报警和超温自动切断加热炉电源，氧含量超限自动报警复位等功能，确保了仪器的安全和正常使用。

（见图4）

另外，仪器后部设计有过滤装置，可以方便的接入过滤器，用于对样气的预处理。

该过滤装置能较好地清除样气中的微小粉尘颗粒和吸附微量有毒成份，可以延长电极的使用寿命。

该装置经使用一段时间后可以方便的更换，并可根据现场情况装填其他净化材料，按需要对样气进行预处理，以减少测量的干扰误差。

如果现场样气的气源较纯净时，也可以不用过滤装置。

因为该仪器的内部设计有抽气泵，对小于300mmH2O水柱的负微压测量对象，特别是窑炉的气氛测量提供了方便，因此可以不使用外接抽气泵而直接测量。

5、分析仪的安装与使用

5.1、分析仪安全注意事项

、禁止操作未接地的分析仪！

仪器本体应可靠接地，接地电阻应≤0.1Ω；

、禁止用额定电流大的保险丝代替原来的保险丝！

电源线截面积应≥1.5mm2；

、禁止在通电状态下安装、拆解分析仪，维修电插头或更换零部件！

、禁止将分析仪安装在露天、雾气和有爆炸、腐蚀性气氛的场合！

、禁止将未减压的高压气样直接通入分析仪！

气源压力应<50KPa以下，否则会造成传感器的损坏；

、在压力不符合要求的情况下，禁止在仪器的“流量调节阀”打开的情况下通入气样！

应在仪器“流量调节阀”关闭的情况下，调好压力，开启气源的调节阀通入气样，然后再缓缓开启“流量调节阀”，注意观察流量计，待浮子升到额定流量时停止；

、禁止用含有油气、油污的管线作为仪器的气源管线！

气源管线的内壁一定要用四氯化碳或稀盐酸清洗烘干后使用，否则会造成仪器不能正常工作而损坏；

、分析仪电路板和相关器件接有市电，对仪器不熟悉的人员不宜维修，至少不能在通电的情况下进行维修。

加热炉外壳在恒温后温度较高，不宜用手触及，以免烫伤！

5.2、分析仪的安装

、台式分析仪应置于稳固的台子上，仪器后部离墙应留有20--30厘米的距离。

嵌装式（盘式）分析仪应安装在仪表控制屏上。

安装时，先拆下仪器两侧的固定架，然后在仪表屏的前面，轻轻将仪器后部推入仪表屏的安装孔，使仪器前面框的后侧紧贴在仪表屏上，装上两侧的固定架并上紧固定螺丝。

同时在仪表屏内仪器后部的下侧，加装设备樑以承担仪器后部的重量。

嵌装式（盘式）分析仪如