CY系列氧化锆氧分析仪说明书正文.docx

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CY系列氧化锆氧分析仪说明书正文

前言

氧化锆氧分析仪适用于工业炉窑烟气中氧量的连续监测，作为操作人员调节燃风配比的依据，或与自控系统连接，实现低氧合理燃烧，达到降低燃耗、稳定工艺、提高产品质量、减少环境污染等目的。

具有显著的经济效益和社会效益。

生产的CY系列氧化锆氧分析仪检测器，采用获得国家发明专利的新技术（专利号87104586），在提高探头寿命方面有显著作用，探头寿命最高可达2－3年，维护量甚微，该仪器自86年面世以来，已在全国大多数省市、自治区的大中企业中运行，应用的行业有冶金、化工、电力、建材、轻工、城市小区供热锅炉、环保监测车等。

并在替代进口产品方面取得显著成绩。

该仪表转换器采用了16位的INTEL80C196系列单片微处理器，具有很高的运算速度，锆头控温更加稳定，测量精度大大提高。

小信号处理采用隔离放大电路，数据更加可靠，还增加了浮温氧含量计算，以及数据保持专用芯片。

这是仪器长期运行的重要保证。

一、氧化锆测氧工作原理

仪器所使用的氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，在高温上烧结成的稳定氧化锆。

在600℃以上高温条件下，它是氧离子的良好导体，一般做成管状。

见图1、图2

图1浓差电池

图2氧化锆测温原理图

如果在氧化锆管内外涂制铂电极，用电炉对氧化锆管加热，使其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：

    在空气侧（参比侧）电极上：

O2+4e→2O2-

    在低氧侧（被测侧）电极上：

2O2-→O2+4e

    即空气中一个氧分子夺取电极上四个电子而变成两个氧离子。

氧离子在氧浓差电势的驱动下，通过氧化锆管迁移到低氧侧电极上，留给该电极四个电子而复原为氧分子，电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。

氧电势值E符合能斯特方程：

E=

    式中：

R-气体常数

    T-锆管的绝对温度

    F-法拉第常数

    PX-被测气体氧浓度百分数

    PA-参比气氧浓度百分数，一般为20.6％。

这样，如果把氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度，在氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。

如果知道参比气体的浓度，则可根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。

CY系列氧分析仪的控制温度范围为750℃±2℃。

二、氧化锆氧分析仪技术规格

*测量对象：

各种工业炉窑烟气，混合气体浓度

*测量元件：

氧化锆管

*测量范围：

显示0-20.6VOL%O2

输出电流:

0-10mA或4-20mA

对应氧量:

0-5、0-10、0-20.6、0-25VOLO2

*检测器加热炉升温时间约15分钟

*检测器标准长度：

180mm,400mm,600mm,800mm，1000mm，1200mm。

如有特殊要求，当面洽谈。

*检测点温度可分为:

低温型≤600℃

中温型≤900℃

高温型≤1400℃

*重复性：

满量程的±0.5%

*基本误差≤±2%（满量程）

*稳定性≤±1%（仪器连续检定4h）

*响应时间：

当标准气体从检测器入口引入时计，5秒内达到90%的响应

*环境温度：

检测器-10℃～80℃

转换器0℃～40℃

*电源及功耗：

电源220±10%VAC，功耗最大为150W

*检测器约5Kg，转换器约5Kg

三、氧化锆氧分析仪构成

该仪器由三部分组成：

氧化锆检测器、氧化锆转换器和取气装置

1．检测器

检测器为直插式结构，见图3，氧传感器安装在检测器头部。

检测器设有标准气路，可由转换器对检测器进行在线标气操作。

图1中所注“标气入口”即为校准操作时使用。

如不进行校准操作，请务必将此口堵死，以防止空气泄漏进去，引起测量误差。

其“参比气入口”在任何时间都要开放，保持与大气相通。

图3氧化锆检测器结构图

（以检测器标准长度400mm为例）

检测器接线盒内共有8根引线端子图4，检测器有温度传感器（AD590），所以由检测器向转换器传送热电信号时不必用补偿导线，如果使用了补偿导线，在安装本仪器时，应将温度传感器（AD590）移至转换器的接线端子“CJ”处。

 检测器标准长度有六种：

180mm，400mm，600mm，800mm，1000mm，1200mm

图4检测器端子图

2．氧化锆转换器

转换器由氧量输入及转换单元、盘显示及控制单元、检测器炉温控制单元、氧含量对应电流输出单元等组成。

采用微处理器控制，仪表系统的稳定性、可靠性及安全性都大为提高，运算程序采用模糊控制算法的恒温（750℃）控制，浮温计算的方式。

配合计算机数字调校功能，保证了仪表准确、可靠运行。

转换器的主要作用是将检测器测得的氧电势信号E（mV）转换成数字量。

CPU对数值运算、处理得到氧含量值送到显示器显示，并且输出与氧含量对应的电流值（4-20mA或0-10mA），同时转换器要对检测器内工作电炉进行控温，使氧化锆管工作温度稳定在750℃（±2℃），除此之外，转换器还可以通过按键选择显示温度值（℃）、氧电势值（mV）、以及对检测器进行在线校准操作等。

2．1转换器由以下5部分组成：

2.1.1输入信号处理转换部分

安装在现场的检测器有两种测量信号输出，即氧电势E（mV）和热电偶信号（mV），为了解决系统连接时的电位匹配，抑制可能来自检测器及系统各部分的干扰，串扰，屏蔽若干个装置之间的地电位等问题，两路信号分别采用了高精度小信号放大器，V/F转换及光电耦合器，实现了输入、输出以及电源三隔离，使整套仪器以及与其相连的自控系统长期稳定运行有了可靠保证。

温度补偿信号由AD590（温度传感器）提供。

该元件安装在检测器接线盒内。

（如果检测器与转换器间的热电偶信号用补偿导线传送，则应将AD590移至转换器接线端子“CJ”处），AD590为一电流型元件。

温度变化时输出电流相应改变。

  以上几路信号均通过多路模拟开关，V/F转换和光电隔离后送入80C196单片机，而转换成数字量。

2．1.2单片机系统

转换的核心部件采用80C196单片机，本仪器就是利用它的高速输入输出口采集输入信号及形成可控硅控制输入信号，利用PWM输出实现D/A变换。

同时配以程序存储器和电可擦除存储器，使之在掉电时能有效地保留校准操作时的修正参数。

2．1.3控温电路

本仪器采用恒温控制，浮温计算的方法。

即氧传感器工作温度恒定为一常量，故转换器需要对检测器内部的电炉控温，本仪器设定温度值为750℃，运算程序采用模糊控制算法并由单片机的高速输出口输出控制信号，经光电隔离、驱动后控制双向可控硅触发极，实现温度稳定控制。

2．1.4模拟量输出部分

本仪器的模拟量输出是利用80C196单片机的PWM信号。

此信号首先通过光电耦合，经平滑滤波后变为模拟信号，再经V/I转换电路，最后输出与被测氧含量相对应的电流信号。

2．1.5键盘、显示部分

键盘、显示部分主要由可编程键盘\显示器接口芯片8279和部分驱动电路组成。

8279芯片对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合键的键码。

CPU只需对8279送显示数据和读取键码。

所以使用8279后提高CPU的工作效率。

2．2转换器分为盘装式和壁挂式两种结构形式

2.2.1盘装式转换器（CY-2DA）

图5CY－2DA转换器尺寸图

图6CY－2DA转换器端子图

2．2．2壁挂式转换器（CY-2C）

图7CY－2C转换器尺寸图

图8CY－2C转换器端子图

3．取气装置

取气装置可分为防尘管、导流管、金属过滤器、高温取气四种形式。

四、安装

1.转换器

1．1转换器的安装部位应满足下列条件：

*尽量避免机械震动

*避免腐蚀性气体

*周围环境温度应在标准范围之内

*避免强磁场干扰

*避免动力线、马达、励磁继电器、泵等的干扰

*提供充足的维护空间

*转换器应尽量安装在靠近检测器处，距离不超过100m为宜

1.2盘装式转换器（CY-2DA）安装

转换器开孔尺寸：

75+1×150+1

1.3

壁挂式转换器（CY-2C）安装：

图9CY-2C转换器安装图

*表盘安装：

取下转换器两侧的固定板块，将其插入机柜面板，面板开孔尺寸如图，用固定板块将其固定。

*墙壁安装：

将固定板块倒过来，转换器壳底部紧靠墙壁并固定。

*管子安装：

将转换器用管安装附件固定在管子上。

2.炉体法兰安装：

建炉体或检修时，首先预埋焊炉墙埋管。

当安装氧分析仪时，炉体法兰焊接在炉墙埋管上，见图14。

其中L>20,D>110。

图10炉墙埋及炉体法兰

3.检测器，导流管，防尘管安装

安装前需准备好M12×50螺钉，相应螺母、垫片、垫圈以及法兰间的密封垫圈,于炉体法兰紧固。

注意事项：

应尽量避免机械震动。

*周围环境温度应小于50℃

*测头处应避免高辐射热和高辐射蒸气的影响

*避免灰尘及腐蚀气体

*提供充足的维护空间

4.成套配置

4．1选择气样有代表性的位置，炉体密封性好，开口处气流通畅，避开不流畅区,检测器安装点最佳温度为400--500℃。

以电厂锅炉为例，安装点在省煤气和预热器中间。

4．2选择检测器长度可采用以下方法

*直插式长度为：

400mm以上+炉墙厚度

*导流时：

导流管长度为400mm以上+炉墙厚度,探头长度为不应小于炉墙厚度。

4.3下面介绍以下几种取样方式

*直插式，高粉尘场合，检测器应加外套防尘管，见图15

图11防尘式安装

*导流式：

检测器标准长度为180mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm；因炉壁厚，检测器长度不够，需延长采样距离，配GP-L导流管，安装方式见图12

图12导流式安装

*高温H型：

取气装置要分为GF-H导流方式，见图13和PF-H引流方式，见图14。

后者用于负压大于-50Pa的场合，带喷射泵。

喷射泵所需仪表气源压力为0.05-0.15Pa，用空气过滤调节阀调节。

图13高温引流式安装

图14高温抽气是安装

4．4配线与配管

4.4.1表选择电源电缆和信号电缆，需注意仪器安装处的环境温度，导线电阻及噪声源，还要考虑检测器与转换器之间的布线路径，使用电缆可参考下表选用。

60℃以下

60-80℃

80-150℃

信号电缆

（1）氧电池信号

（2）热电偶信号

 （3）补偿信号

六芯电缆，每芯截面1平方毫米，带聚氯乙烯绝缘保护层

六芯电缆，每芯截面1平方毫米，带耐热聚氯乙烯保护层

六芯电缆，每芯截面1平方毫米，带600V级硅橡胶及玻璃纤维辨带保护层

加热炉电缆

两根截面为1平方毫米的导线

两根截面为1平方毫米的导线

两根截面为1平方毫米的导线

对于信号线，用屏蔽线更好，将屏蔽线接地，如果信号电缆不是屏蔽线，安装时应尽量远离加热炉导线或大型马达供电线。

4.4.2电缆导管

建议用外直径为22mm的管子或外径为19mm的软管做电缆导管。

电源线或接地线导管与信号线导管应尽量分开，以免引起噪声干扰。

4.5成套配置及备件表

序号

产品名称

型号及类别

单位

技术条件及规格

A01

氧化锆分析仪

低温A型

1套

检测器：

180mm、400mm、600mm耐烟量<600℃转换器：

A：

CY-2DA输出0-10mA或4-20mAB:

CY-2H输出0-10mA或4-20mAC:

CY-2C输出0-10mA或4-20mA显示范围：

80VA（最大120VA）防尘管：

插入长度250mm、500mm、700mm

见安装图15

A02

氧化锆分析仪

低温B型

1套

检测器、转换器、变压器同上导流管：

800mm、1m、1.2m

见安装图16

A03

氧化锆分析仪

中温M型

1套

检测器、转换器、变压器同上，导流管：

800mm、1m、1.2m耐烟温<900℃

见安装图16

A04

氧化锆分析仪

高温H型

1套

检测器、转换器、变压器同上取气器：

三通+碳硅管耐烟温900-1400℃插入长度：

800mm、1m、1.2m喷射泵：

输入压力0.05-0.15Mpa（可通过减压阀得到）输出压力20-200mm水柱

见安装图17图18

A05

检测器

IS-G

1套

180mm、400mm、600mm

A06

锆管组件

FG-1

1套

锆管密封环过滤网导电管导气管

A07

转换器

CY-2H

CY-2DA

CY-2C

一台

一台

一台 

含氧量0-5％、

0-10％0-20.6%、0-25％

输出0-10mA4-20mA

A08

变压器

T100

一台

输入220VAC，输入60-110VAC

A09

低温防尘器

PD-L

1支

耐烟温≤600℃，长度250mm、500mm、700mm

A10

低温导流管

GF-L

1支

耐烟温≤600℃，长度800mm、1m、1.2m

A11

低温导游管

GF-M

1支

耐烟温≤900℃，长度800mm、1m、1.2m

A12

高温导游管

PF-L

1支

耐烟温≤1400℃，长度800mm、1m、1.2m

A13

校正气源

CV-1

1台

 校正气源用户必备多台仪表可配一台

A14

炉体法兰管

1套

A15

喷射泵

PB-1

1台

A16

技术服务

生产单位提供现场仪表调试设运服务，核收服务费

五、系统调试

5．1.CY-2DA盘装式仪表系统连接图

盘装式仪表系统由检测器（探头）、CY－2DA转换器和连接导线组成

图15CY-2DA盘装式仪表系统连接图

5．2CY-2C壁挂式仪表系统连接图

盘装式仪表系统由检测器（探头）、CY－2C转换器和连接导线组成

图16CY－2C壁挂式仪表系统连接图

5．3系统调校方法

5．3．1转换器面板使用：

CY－2DA面板图

图17CY－2DA转换面板图

5．3．2CY－2C面板示意图

图18CY－2C转换面板图

5．3．3面板键功能

*显示部分：

由4个数码管和5个LED指示灯组成

数码管用来显示氧含量、温度、氧电势等参数，当温度传感器断路或损坏时，数据码管显示“E---”。

   LED指示灯指示锆管工作温度高于900℃或低于600℃、热电偶回路故障、以及测量/维护和电炉丝加热/关闭状态。

*面板按键：

有功能键、校准键及状态选择键

*测量/维护键：

按此键可选择进入仪器测量或维护状态，进入测量状态，上面的指示灯“亮”，此时操作上面两排按键无效。

进入维护状态则指示类“灭”，可进行功能及校准操作。

*加热/关闭键：

保留不用

*温度键：

按下此键，数字显示值为当前锆管工作温度值（℃）。

*氧电势键：

按下此键，数字显示值为当前被测气体的氧电势值（mV）。

*氧含量键：

按下此键，数字显示值为当前被测气体的氧含量值（Vol%O2）

*内阻键：

保留功能键。

5．3.4调校方法

5．3.4.1转换器调校

首先用电位差计模拟检测器按系统连接图连好，然后接通电源。

*校温度零点：

先用导线将热电偶输入端10,11（2DA）,或3,4（2C）短接。

在CJ端接AD590，观察显示应为室温，否则调整电位器RW2，直到与室内温度一致。

*校温度量程：

按“测量维护”键进入维护状态，再按温度键显示温度。

在端子10,11（2DA）,或3,4（2C）上接一电位差计，给出（750℃减室温）所对应的毫伏值应显示750℃，如不是则按“选择”键两次，然后按“写入”，显示“0.000”，再按“给定”键输入密码，最后按“写入”，显示“0.000”，再按“给定”键输入密码，最后按“写入”即可。

*校氧电势：

在维护状态下，按“氧电势”键，并在氧电势输入端8、9（2DA）,或1,2（2C）用电位差计给出50mV的信号，则前面板应显示50.00。

如不是，则按“给定”键两次，确认后按“写入”，显示“0.000”，再接“给定”键输入密码，最后按“写入”即可。

需要时，用“空气校准”键校准氧电势零点。

*RW1为氧量显示微调电位器

输出电流信号的调校：

在输出端子上接一数字万用表，监视输出电流的大小。

用RW3电位器调节零点电流。

用RW4调电流输出的量程。

反复调校直到测量值与实际值相比小于基本误差为合格。

5．3.4.2含量在线校准操作

*检测器冷态检查，打开检查器接线盒，用万用表欧姆档测量，氧电池端子1-2之间为开路状态，阻值超量程，热电耦端子3-4之间阻值只有几欧姆为正常，电炉丝端子7-8之间阻值约80Ω为正常。

注意测量电炉丝阻值只能在断电状态下进行。

热电耦补偿端子5-6之间采用目检，用手或工具轻轻拨动AD590，引线应紧固在端子上。

*热态检查，按系统连接图连好系统，检查无误后通电，显示器显示如下符号：

“□□□□”，稍后显示温度值，升温过程中前面板显示温度。

当温度升到600℃时，若仪表处于测量状态，程序将自动转换到氧含量显示状态，其数值应在空气氧含量20.6附近，若使仪表处于维护状态，则可以操作面板所有按键。

*定性检查

第一步确认被控温度是否为750℃±2℃，一般热电势约为30mV，查对照表温度值加上室温应对应750℃

第二步用万用表欧姆档测量氧电势内阻，正反方向（即测量表笔调换）各测量一次，取其平均值。

新探头电池内阻一般小于100Ω，旧探头检修后应控制在800Ω以内。

注意：

采用上述方法测量电池内阻时，仪表应与自控系统脱开，因万用表是有源的，有信号叠加于氧电势上，将干扰被测氧量。

氧化锆传感器在制作过程中，由于材料的纯度和制作工艺的分散性等影响会存在数值不等的零点电势，为保证测量精度，转换器可对检测器进行在线校准操作，修正零点电势和曲线斜率。

具体操作如下：

*空气校准（即修正零点电势）

首先将检测器“标准气入口”打开，通入空气，然后按下“空气校准”键，显示器显示20.6，即空气中氧含量。

按“写入”键，显示“0.000”，再按“给定”键输入密码，最后按“写入”即可。

*斜率修正

将检测器“标准气入口”打开，通入氧含量为0.5-2.5％的标准气体，待显示值稳定后（约5秒钟），如果显示值为输入标准气体标称值（+1％），则不需要修正斜率参数，如果超差较大（±1％以上），就要进行斜率修正。

先按“给定”键，使显示值增（或减）到所通标准气瓶标识的氧含量值为（0.5-2.5％），然后按“写入”键，显示“0.000”，再按“给定”键输入密码，最后按“写入”即可。

注意：

正常工作或校准操作完毕后，应将仪器检测器的“标准气入口”用螺钉拧紧密封好，不得有空气从此泄漏进去。

注：

为避免误操作，本仪表设置了写入操作密码，即对校准好的数据，每次按“写入”键后，将等待用户操作输入密码9.000，用“给定”键加到相应的密码值，再按一次“写入”键则正式将该校准数据存入。

六、维护与检修

为使仪器处于良好的运行状态，必须对仪器进行维护与检查，视安装环境不同，每月或至少一年做一次维护性检查。

6.1检查内容

6.1.1按照转换器面板操作方法进行各项功能检查。

6.1.2检测器头部过滤网上是否积有灰尘，如灰尘过多应将其清除，否则会影响测量精度和反应时间。

6.2常见问题

6.2.1锆管工作温度低于730℃

原因

排除方法

保险丝断

更换保险丝

电炉引线断

修复或更换

电炉丝断

电炉电阻在80Ω左右为正常，如果炉丝断应返回厂家修复

热电耦故障

正常状况下偶丝阻值不大于5Ω，如有异常返回厂家修复

热电耦丝断

确认热电耦丝已断（非接触故障）。

应返回厂家修复

升温过程缓慢，1小时内达到750℃

离要求750℃差几十度时，可能是电炉供电功率不够，应与厂家联系

6．2.2锆管工作温度高于780℃

应检查电炉工作电压，如电压值总是80VAC（变压器输出电压）以上，说明仪器控温电路发生故障，应先更换双向可控硅。

6．2.3温补电路故障

显示“E---”时，表示温度补偿回路故障，此时应先检查温度传感器（AD590）及其导线接触是否良好、极性是否正确，其次可更换温度传感器（AD590）。

6．2.4氧含量显示异常

*如果发生以下情况，即标气孔螺丝未紧、检测器上未装石棉垫、检测器安装螺丝未紧时，由于空气的渗入，产生扰动会导致氧含量的显示异常。

*当锆管使用寿命到，锆管内阻大于800Ω时，导致氧含量显示异常。