氧化锆分析仪说明书.docx

1、氧化锆分析仪说明书JB/T 828199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

2、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420mA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

3、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、环境温度： -5-40；、大气压力： ；、大气相对湿度

4、： 85%RH；、电源电压 ： 180-240V AC： 电源频率： ；、分析仪气源进口处样气压力： 50 KPa，负压时300mmH2O；、样气中机械性夹杂含量： 2 m g / m3 ；、样气中有毒性气体夹杂含量（SO2 ，H2 S等能腐蚀毒化电极的物质）：110-6；、样气中可燃性气体夹杂含量（H 2 ，CO，CH 4 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（110-4）将产生明显的负干扰误差；、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；、分析仪相对于水平面，在任一方向上所能允许的倾角 110 -4(100PPm)：2% ； 、重

5、复性：量程 110 -4 (100PPm)：10-6，量程 110-4 (100PPm)：1 % ；、零点漂移：基本误差；、标准信号输出：420mA， 量程分档（最大允许负载：750），对应量程范围： 第档：， 第档：100PPm， 第档：1000PPm，第档：%-1%， 第档：%-10%， 第档：0. 1%100%；RS-232通讯口，输出数字信号（不分档）。、气样流量的影响： L= 200ml/min10ml/min ： 量程 110-42%；、分析仪的读数稳定时间：在检定条件下，气源线长度一定时（0.5m ）， 分析仪读数60秒内稳定在测值的90%以上；、分析仪超限报警的上下限设定：上下

6、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/ 1A DC 。、仪器温控精度：(T+t)3，（T浓差电池理论设计温度：750， t氧化锆固体电解质传感器的温度误差修正值）；、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；、分析仪的功率消耗：50W；、分析仪的重量： 6 kg；、分析仪的外形和安装开孔尺寸：ZO-2000

7、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Pc O2与被测气体Px O2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O 2 也不会变动所以能极准确、稳定地进

8、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，Pc O 2 ZrO

9、2Y2 O3 Px O 2 ，Pt + -E（mV）- 式中：Pt铂电极； Pc参比气氧浓度；ZrO2Y2O3 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 T Pc Em (mV) = l n n F Px 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式得： Em（mV）= T l

10、 g Pc / Px 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 式得： Em（mV）= T（ l g Px ） = T 0.04960 l g Px 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。图3 仪器内部结构示意图用上述原理设计的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

11、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

12、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）图4 电路系统框图另外，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300 mmH2O水柱

13、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5.1.1、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. 1；5.1.2、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. 5mm 2；5.1.3、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！5.1.4、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！5.1.5、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；5.1.6、在压力不符合要求的情况下，禁止在仪器的“流量调节阀

14、”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；5.1.7、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；5.1.8、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！、分析仪的安装5.2.1、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

15、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，加装设备梁以承担仪器后部的重量。嵌装式（盘式）分析仪如置于台子上使用，一定要将仪器水平架空2-3 厘米，以保持仪器底部的通风良好。嵌装式分析仪在仪表控制屏上的安装和开孔，仪器后面板布置接线（见图 5）：图5 仪表控制屏的开孔及仪器后面板示意图5.2.2、气源管线使用3mm0. 5mm不锈钢管或紫铜管，管线的内表面应光滑、无油污、无锈迹、无脏物。仪器配有6mm管线用的过渡接头可以方便的连接。仪器进出气口的图

16、6过渡接头和软管头安装图螺纹 M81，6mm管线的过渡接头的螺纹 M 101。进气管线和进气口的密封垫圈是聚四氟乙烯材质，仪器出厂配有备件供选用。（见图 6）5.2.3、进气管线连接时要注意密封， 螺纹连接时要压紧，如果有漏气，哪怕是很微量也会引起测量值偏高和反应迟钝。装好后可用肥皂水试漏。5.2.4、仪器的安装选位应靠近气源输出点，管线不应打圈或折弯，要尽量短，管线长会增加测量滞后时间。气源输出点上应安装调节阀，以便仪器能从管线上脱开。5.2.5、分析仪在负压下使用时，需起动仪器内的抽气泵。仪器内的抽气泵是根据用户的需要加装的，请用户在订货时提出。请注意，使用仪器内的抽气泵时，必须在仪器的进

17、样管路中加装过滤器，否则容易使气路因粉尘而堵塞。如果仪器内没有加装抽气泵，可以外接抽气泵。气泵可以接在气样进口，也可以接在仪器出气口上（见图7）， 气泵接在进气口时要注意气泵回路的密封性能。配用气泵时，可使用内径7-8mm，壁厚为 0. 8-1. 0mm 的医用或用于食品生产的专用塑胶软管，但不宜过长。用户有此需要的，本公司可以代为配套提供。5.2.6、仪器的外壳应有良好的安全保护接地，接地电阻应 ,不能用电源线上的地线或中性线代替仪器的保护接地线。5.2.7、测定微量气体时,应在气源进样前加装稳流稳压装置（见图 8），保证样气的压力流量的准确。5.2.8、测量后的气样可通过管线引出室外排空，

18、但管线长度以23米为宜。、分析仪的使用和操作5.3.1、仪器安装完毕，要检查电源线路、气路管线，确认安装无误后方可通电试机。5.3.2、 开启电源，电源指示灯亮，仪器显示窗 （见图9） 数码管亮，显示加热炉的当前温度并开始升温，功能显示窗“温度 ”字亮，表示仪器正在运行加热程序。5.3.3、15-20分钟后，大窗由显示温度值跳转显示氧量值 20. 9%左右（锆管内为空气时），功能显示窗“常量 O2”字亮，大窗数码管右侧的“常量%”指示灯亮，表示仪器升温程序即将结束，很快要转入测试状态。约40分钟后，仪器完成预热程序。图10仪器面板按键示意图图9仪器的显示窗图图11 流量计5.3.4、仪器完成预

19、热程序后，可看一下电炉当前温度和锆管本底电势是 否正常。按压面板上的“温度”键（见图 10），此时功能显示窗的“ 温度 ”字亮，大显示窗显示当前加热炉的温度值， 5秒后自动转换到氧量显示。按压面板上的“氧势”键，功能显示窗的 “氧势 mV ”字亮，大窗数码管显示锆管本底电势Eo值，当 Pc=Px 时（待测气与参比气的氧浓度相等），Eo值应%O2，功能窗的“常量O2”字亮，右侧的“常量%”指示灯亮，表示显示的数值为百分常量氧；如果气样%O2，仪器显示功能窗“微量O2”字亮，右侧的“微量 ppm”指示灯亮，表示显示的数值为 ppm 微量氧。因此，在读取显示的数字时，要特别注意相应的文字显示和指示灯

20、，以免造成读数的量级错误。5.3.6、分析仪设计有氧量超限报警功能，待测气体的氧含量的上、下限值可以任意预设。按现场的工艺要求，可以设置待测气体的上下限报警点。当氧量超限时，氧量显示数字闪烁，机内蜂鸣器报警；“量程超限报警”灯亮，发出声光报警信号。此时机内继电器动作，后面板端子输出报警接点信号。当氧量恢复到设定的报警限内时，数码管显示恢复正常，报警信号自动停止，报警信号接点释放。报警期间，不影响测量值的准确性，蜂鸣器会发出叫声，因此，仪器面板上设有报警声讯控制开关，可以根据需要关闭和开启报警声响。5.3.7、分析仪设计有加热炉超温报警功能，在超温报警的同时，快速切断加热炉电源，以确保加热炉的安

21、全。超温保护设置了两个保护点，即800和900，进行双重保护，因此在使用中可避免烧毁加热炉之忧，使加热炉的寿命提高了2-3倍。超温报警时，除快速切断加热炉电源外，机内蜂鸣器报警，面板上的“超温报警”灯亮，给出声光报警信号。一旦出现超温报警，应立即关断电源，查明故障原因。本分析仪设计为在线连续使用，经常性的开关对分析仪无益。5.3.8、输出档位设定或调整时，可按压面板上“预置键”3-5秒，此时小窗显示的1-3 数字表示仪器输出的相应档位，可根据测量范围自行设定。5.3.9、由于分析仪的传感器（氧化锆管）是陶瓷制品且价格昂贵，故不论在日常使用、运输或检修时都要注意。仪器不能有剧烈的振动和冲击、跌落

22、，否则会造成传感器的损坏而带来损失和修理的麻烦。5.3.10、分析仪设有程序故障自诊断功能，故障自诊断情况通过数码管显示有关信息，为调试和程序运行提供帮助，表示如下：H H H炉温高 ；L L L炉温低；当加热炉失控仪器升温过快时，会显示故障符号HHH；因温控系统出现故障，仪器无法加热时，会显示LLL。当出现故障符号时，应立即关断仪器电源，检查故障情况。6、分析仪的日常维护、分析仪每使用15002000小时后，需要检查一下分析仪的准确度。检查时，需要用标准气进行校对。校对时，通入气体精度为 1% 的、以N2 为底气的O2 标气。用一个标气校对时，标气的氧含量最好为该档量程的 30%50%，也可

23、以用接近日常测量气体值的氧标气校对。如用多瓶标气校对仪器将会提高仪器校对的准确性。、按正常使用时的操作程序通入氧标气，待分析仪显示读数稳定后再读数，看该读数与标气的氧量值之间的差值，如大于仪器的规定误差时，则需进行校准。例：仪器第一档的量程为100 ppm，该档的误差指标为5 %，校准用的氧标气精度为 1%、氧含量为30ppm，仪器的读数范围应在 2535ppm内为合格。如仪器量程为 1000ppm，该档量程的误差指标为 2%，标气氧含量为 300ppm时，仪器的读数范围应在280320ppm内为合格。如超差则需进行调整。、检查锆管电极的内阻：仪器升温稳定后，通入空气5分钟停气，在加热炉有气路

24、管道的一端找到锆管电极引线的端子，拆下电极引线一端，用电阻计测量锆管电极的热内阻，如电阻大于100，说明锆管已老化，需要更换锆管（详见维修章节）。、气路气密性的检查。在仪器进气口通入压力101KPa的氮气或压缩气体,堵住仪器的出气口，此时流量计的浮子应降到底部，用毛笔或刷子沾肥皂水，在气路管道的每个接头处试漏，漏处必然会有气泡冒出，紧固或更换密封垫圈到该处不漏即可。7、分析仪的调试分析仪出厂时调试开关置于“工作状态ON”位置。仪器的调试工作是由机内的调试开关与面板上的按键的配合来完成。调试开关有三个，安装在机内前面板后的机架上（见图 11），即K1、K2和K3（0-10mA输出时有K3），将其

25、扳向ON为工作状态，扳向OFF为调试状态。在仪器的日常使用维护中遇到更换锆管、电炉、电偶和电路维修以及仪器校准时，均要进行仪器的调试。调试仪器必须具备相应的专业知识和经验，不可随便进行。调试时，可打开仪器上盖，按本节调试项目内容和操作步骤进行调试。完成后，将调试开关恢复到“工作状态ON”位置，否则仪器不能正常工作。调试中如显示出H H H或 L L L时，请将K1扳向ON再扳向OFF后继续进行。在每个参数调试完毕确认时，必须将 K1扳向ON一次进行确认，否则新数据不能存入。、调试开关、面板按键和显示窗的显示内容图12调试开关位置示意图7.1.1、调试开关：K1-主调试开关：设定或调整加热炉温度

26、、锆管本底电势、电路参数 的调试均需将此开关扳向OFF位置；K2-辅助调试开关：电路参数调试时，需将此开关扳向OFF位置；K3-输出电流开关：0-10mA或4-20mA输出，4-20mA输出时不设此开关。7.1.2、面板按键：a、氧势键-仪器运行时按此键可以观察氧电势的mV数，功能窗内“氧势”灯亮；b、温度键-仪器运行时按此键可以观察加热炉温度，功能窗内“温度” 亮；c、键-调试中配合相应功能进行参数的修改；d、预置键-按此键可改变仪器输出的量程档位，输出指示窗内（小窗）显示 1-3 数字循环，代表输出的三个量程档位（输出为六档时显示1-6数字循环），按1次换1档；同时按下氧势、温度键，进入超

27、限报警点设置，此时小窗显示 6 ，按预置键可使小窗显示 7 ，进入下限报警点的设置；当调试开关K1、K2扳向OFF时，按此键可使小窗数字在0-7之间循环变化，表示相应的调试功能，配合键进行通道、电路参数的调试。7.1.3、显示屏显示功能内容：仪器显示屏分为三个显示窗：功能窗，显示氧势、温度、氧量的常量、微量等文字和 %、ppm 符号；数字显示窗，显示氧量、温度的具体数值，是仪器的主显示窗，简称为“大窗”；调试功能及输出档位调整指示窗简称“小窗”，其显示的数字含义：0-氧信号通道电路零点；1-氧信号通道电路量程；2-温度通道零点；3-温度通道量程；4-输出通道零点；5-输出通道量程； 6-设置上

28、限报警点； 7-设置下限报警点。、仪器的调试和校准：调试工作可分为整机参数调试、电路通道零点量程调试、标气校准调试和超限报警设置等四部分，以下逐一介绍：A、整机参数调试7.2.1、设定或调整炉温-原因：维修、更换传感器零、部件，锆管老化，标气校准。操作步骤：将调试开关K1OFF，功能窗温度灯亮，大窗显示当前炉温；按面板上的键，升温，降温，调整范围不应超过720-780；观察大窗数字，到达调整值稳定后将K1ON；7.2.2、调整本底电势（空气指示值）-原因：在测量15%-25%范围时，仪器本底电势的存在会影响测量的准确性，因此要借助空气值校准此区间。操作步骤：仪器进气口通入空气，使大窗显示空气氧

29、量；将调试开关K1OFF，按面板上“氧势”键，功能窗氧势灯亮，大窗显示当前空气氧量，用键将其值调整到之间；调整值稳定后将K1ON；7.2.3、设定或调整输出档位： 按“预置键”3-5秒，小窗数字在1-3（1-6）循环，选定需要的档位即可。如果不用输出信号记录工况或控制其它执行器时可以不调档位。B、电路通道零点、量程的调试 进入电路通道调试：将调试开关K1、K2OFF，退出电路通道调试：K1、K2ON；更换调试项目：按预置键。注意！电路通道在调试时，会出现电炉停止加热，炉温下降或有报警声，此时不必理会，退出调试后将自动恢复。7.2.4、调氧信号通道零点：进入后按“预置键”，使小窗显示“0”；在电炉有管路一端的接线端子上找到锆管电极引线并拆下；按极性（红正黑负）接入UJ33电位差计，送入电势；用键将大窗显示值调整到；转入调量程；7.2.5、调氧信号通道量程：按“预置键”，使小窗显示“1”；按上述步骤接入UJ33电位差计，送入电势；用键将大窗显示值调整到95. 5mV；注意，零点、量程要反复调整，直至显示与输入电势完全吻合为止；7.2.6、调温度信号通道零点：按“预置键”，使小窗显示“2”；取出仪器后部的3A保险丝，短路热电偶，此时仪器停止加热，大窗显示未调前的室温；用键将大窗显示值调整到当前的室温；7.2.7、调温度信号通道量程：按“预置键”，使小窗显示“3”；取出仪器后部的3A