氧化锆测氧工作原理.docx

1、氧化锆测氧工作原理氧化锆测氧工作原理CE-系列氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器，其核心的氧化锆管安置在一微型电炉内，位于整个探头的顶端。 氧化锆管是由氧化锆材料掺以一定量的氧化钇或氧化钙经高温烧结后形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结体。由于它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此在高温下它是良好的氧离子导体。因其这一特性，在一定高温下，当锆管两边的氧含量不同时，它便是一个典型的氧浓差电池，在此电池中，空气是参比气，它与烟气分别位于内外电极。在实际的氧探头中，空气流经外电极，烟气流经内电极，当烟气氧含量P小于空气氧含量P0（20.6%O2）时，空气中的氧分子从外电极上夺取4个电子形成2个氧离

2、子，发生如下电极反应： O（P0）+4e-2O-2 氧离子在氧化锆管中迅速迁移到烟气边，在内电极上发生相反的电极反应： 2O-2 O（P0）+4e- 由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边，因而产生的电势又导致氧 离子从烟气边反向迁移到空气边，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E,该电势信号符合能斯特方程： E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1) 式中R、F分别是气体常数和法拉第常数，T是锆管绝对温度（K）, P0是空气氧含量（20.6%O2）, P 是烟气含量。由（1） 式可见，在一定的高温条件下（一般）600），一定的烟气氧含量便会有一对应的电势输出

3、，在理想状态下，其电势值在高温区域内对应氧含量 见附表 。 在理想状态下，当被测烟气与参比气浓度一样时， 其输出电势E值为 0 mV, 但在实际应用中，锆管实际条件和现场情况均不是理想状态。 故事实上的锆管是偏离此值的。实际上，一定氧含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和，我们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势， 此值的大小又在不同温度下呈不同的值， 并且随锆管使用期延长而变化。 因此， 如不对此情况处理，会严重影响整套测氧仪的准确和探头寿命。鉴于此，CE系列氧分析仪采取了双参数校正法，对探头本底电势作特殊处理，弥补了锆管的离散性缺陷，延长了探头的使用寿命。注：参比气为

4、大气，在理想状况下（本底为零时），热电偶为 K 分度号。mVO.2% 45018.513mV 50020.64mV 55022.772mV 60024.902mV 65027.022mV 70029.128mV 75031.214mV 80033.277mV 85035.314mV 0.1 82.98 88.71 94.45 100.19 105.93 111.67 117.41 123.14 128.88 0.5 57.91 61.91 65.92 69.92 73.96 77.93 81.94 85.64 89.95 1.0 47.11 50.37 53.63 56.89 60.15 63

5、.41 66.66 69.92 73.18 1.5 40.30 43.62 46.44 49.26 52.09 54.91 57.73 60.55 63.37 2.0 36.32 38.83 41.34 43.85 46.37 48.88 51.39 53.90 56.41 2.5 32.84 35.11 37.39 39.66 41.93 44.20 46.47 48.74 51.01 3.0 30.00 32.08 34.15 36.23 38.30 40.38 42.45 44.53 46.60 3.5 27.60 29.51 31.42 33.33 35.24 37.15 39.06

6、40.97 42.88 4.0 25.52 27.29 29.05 30.82 32.58 34.35 36.11 37.88 39.64 4.5 23.69 25.33 26.96 28.60 30.24 31.88 33.52 35.16 36.80 5.0 22.05 23.57 25.01 26.62 28.15 29.67 31.20 32.72 34.25 5.5 20.56 21.98 23.41 24.83 26.25 27.67 29.10 30.52 31.94 6.0 19.21 20.54 21.86 23.19 24.52 25.85 27.18 28.51 29.8

7、4 6.5 17.96 19.20 20.45 21.69 22.93 24.17 25.41 26.66 27.90 7.0 16.01 17.97 19.13 20.29 21.46 22.62 23.78 24.94 26.11 7.5 15.73 16.82 17.91 19.00 20.08 21.17 22.26 23.35 24.44 8.0 14.73 15.75 16.76 17.78 18.80 19.82 20.84 21.86 22.88 8.5 13.78 14.74 15.69 16.64 17.60 18.55 19.50 20.46 21.41 9.0 12.8

8、9 13.78 14.63 15.57 16.46 17.35 18.24 19.14 20.03 9.5 12.05 12.88 13.72 14.55 15.38 16.22 17.05 17.89 18.72 10.0 11.25 12.03 12.81 13.59 14.36 15.14 15.92 16.70 17.48 10.5 10.49 11.22 11.94 12.67 13.39 14.12 14.85 15.57 16.30 11.0 9.77 10.44 11.12 11.79 12.47 13.15 13.82 14.50 15.17 11.5 9.07 9.70 1

9、0.33 10.96 11.59 12.21 12.84 13.47 14.10 12.0 8.41 8.99 9.58 10.16 10.74 11.32 11.90 12.49 13.07 12.5 7.78 8.31 8.85 9.39 9.93 10.47 11.00 11.54 12.08 13.0 7.16 7.66 8.16 8.65 9.15 9.64 10.14 10.64 11.13 13.5 6.58 7.03 7.49 7.94 8.40 8.85 9.31 9.76 10.22 14.0 6.01 6.43 6.84 7.26 7.67 8.09 8.51 8.92

10、9.34 14.5 5.46 5.84 6.22 6.60 6.98 7.36 7.73 8.11 8.49 15.0 4.94 5.28 5.62 5.96 6.30 6.64 6.99 7.33 7.67 15.5 4.43 4.73 5.04 5.34 5.65 5.96 6.26 6.57 6.88 16.0 3.93 4.20 4.48 4.75 5.02 5.29 5.56 5.84 6.11 16.5 3.45 3.69 3.93 4.17 4.41 4.65 4.89 5.12 5.36 17.0 2.99 3.19 3.40 3.61 3.81 4.02 4.23 4.43

11、4.64 17.5 2.54 2.71 2.89 3.06 3.24 3.41 3.59 3.76 3.94 18.0 2.10 2.24 2.39 2.53 2.68 2.82 2.97 3.11 3.26 18.5 1.67 1.79 1.90 2.02 2.13 2.25 2.36 2.48 2.60 19.0 1.25 1.34 1.43 1.52 1.60 1.69 1.78 1.86 1.95 19.5 0.85 0.91 0.97 1.03 1.09 1.15 1.20 1.26 1.32 20.0 0.46 0.49 0.52 0.55 0.58 0.61 0.65 0.68

12、0.71 20.6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CE系列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1、测氧范围：020.6%O2或0-10%2、仪器精度：系统测氧基本误差2%满量程值3、变送器精度：1.0级（1.0%满量程值）4、温控精度：恒温点的70015、响应时间：3秒（达到90%的响应）6、报警输出：上、下限节点输出，可选“常开”或“常闭”点7、模拟量输出信号：420 mA ADC（负载0750）对应氧量010%O2或者020.6%O28、本底修正范围：-20 mV+20 mV9、数显形式：LED四位数码管显示10、电源：AC220V

13、15%11、功耗：6W（不包括加热功率）12、加热功率：约50W（平均值）可提供150W输出功率13、环境条件：温度-2060 相对湿度90%14、检测器约10Kg，转换器约5Kg15、标定方式：叁参数标定。空气点、标准气点、工况点。如何选型主要以下几方面考虑选型： 一.转换器转换器有盘装（CE-2D): 开孔尺寸75+2mm150+2mm壁挂式（CE-2C):安装 尺寸：260mm205mm90mm 转换器的显示量程为：20.6%或。 输出为： -mA 上下限为常开节点，用户可自设定报警点。 二.检测器 1.插入深度选择：炉墙厚度300mm（检测器长度规格有400mm，600mm，800mm

14、，1000mm，1200mm 可供选择） 2.安装点烟气温度的选择： 烟温700，选择CE标准型检测器 烟温 700，选择CE高温型检测器 CE系列氧化锆具有以下主要特点： 1、传感器使用了日本离子镀膜技术，大幅度提高了使用寿命。 2、氧化锆探头采用全321不锈钢（1Cr18Ni9Ti)护套，具有极佳的 耐磨及耐蚀性。 3、直插式：无需取样系统，响应快，有效的降低烟气中灰份堵塞。 4、热扩散参比：无需专门的参比空气泵，使用维护简单。 5、双参数设计：克服国产氧化锆性能离散性，测量准确，延长使用寿命。 6、工况在线校准：准确可靠，单标气在线校准方便，工况点可直接标定，测量精准。 7、热惰性保护：

15、安装方便，可热安装，对停启炉适应性强。 8、元件可拆：元件更换方便，便于维修，降低使用成本。 9、多功能显示：氧含量(%)； 氧电势；温度，本底电势参数数显直观方便 10、双量程：同时具有0-10% 和0-20.6%双量程，测量范围广。 11、双输出：同时具有开关量节点输出和4-20mA两档输出。 12、负载大：750欧/4-20mA,便于远程安装。 13、本底电势可调，调节范围宽，可随时检查元件老化等参数。 14、全浮式设计：共模输入，抗电场干扰性强，无需专用地线，安装方便。 15、产品系列化适应性强：可适用于燃气、燃油、燃煤各种炉型。测量温度从室温至1400度均可选择到合适的型号。CE-氧

16、化锆氧分析仪结构一、检测器结构：二、炉体法兰结构：三、盘装式转换器（CE-2D）结构：四、壁挂式转换器（CE-2C）结构：CE-2C(外挂式)氧化锆分析仪面板及端子图 安装前的准备（1） 开箱检查，按装箱单内容检查件数及外观 （2）实验室检查 （A）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80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。 （B）热态检查，按系统连线图7接线，检查无误后

17、通电，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。 （a）定性检查第一步确认被控温度是否为7002，一般热电势约为28mV，查对照表温度值加上室温应对应700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100，旧探头检修后应控制在800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。 （b）定量校准：通标准气按仪表调校操作。 （3

18、）安装前需备好M1250螺钉，相应的螺母、垫片、垫圈，以及法兰间的密封垫圈等。 （4）安装位置： （A）检测器检测器的安装应满足下列条件： 1.应尽量避免机械震动 2.采样气体和压力均在标准规格之内，炉体密封好，检测器尽量向烟气下游装以降低检测气体温度。为了造成微正压，取气点处附近下游烟流通路稍小些。 3.周围环境温度在标准范围之内 4.测头处应避免高辐射热和高辐射蒸气的影响 5.避免灰尘及腐蚀气体 6.提供充足的维护空间 （B）转换器转换器的安装部位应满足下列条件： 1.尽量避免机械震动 2.避免腐蚀性气体 3.周围环境温度应在标准范围之内 4.避免强磁场干扰 5.避免动力线、马达、励磁继电

19、器、泵等的干扰 6.提供充足的维护空间 7.转换器应尽量安装在靠近检测器处，距离不超过100m为宜 （5）炉墙或烟道壁开口位置及尺寸：选择气样有代表性的位置，炉体密封性好，检测器尽可能向烟气下游安装，以便降低检测器的烟气温度，开口处气流通畅，避开不流畅区。 （6）炉墙埋管及炉体法兰。中温型、高温型氧检测器装在烟气流中粉尘大的地方时，对应导流管排气口处的开孔尺寸应大些，利于出气与排除灰尘。低温直插式可小些。埋管内孔尺寸最小为F89。 （7）盘装转换器外形及开孔尺寸75+2mm150+2mm250mm，变压器外形尺寸及底座螺孔尺寸。降压变压器用于检测器内部电炉供电，一般按次级抽头90V位置，通过转

20、换器内部控制电路，变成可控电源后送加热电炉。次极抽头位置可组成90V、100V、110V电源以保证锆管工作端温度能控制在700，冗余功率越少越好，即全功率加于电炉，最高温升不要超过850. 维护与检修1、查找仪器故障的方法： 故障只可能来自于探头、变送器、安装三方面。可采用下列方法辨别： 1）测量探头信号值（直接量信号输入端），如果信号正常（一般大型炉信号值在20-60mV内，中型炉信号值在10-60mV内，小型炉信号值在0-25mV内），则很可能故障在安装和变送器内。如果信号明显不正常，则很可能故障在探头。这时应通入标气进行检验，如果本底电势在（）20mV内，则很可能探头本身漏气；如果本底电

21、势大于（）20mV,则很可能是氧化锆元件出现故障。 2）氧化锆元件老化故障 在烟气的腐蚀下，氧化锆元件在运行1年左右会出现老化现象。元件老化的表现是：显示迟缓，噪声大并且不稳定，本底电势大，当拆下在空气中700度下测量元件内阻时，内阻大于1K欧（用半电位法）。这时应更换元件。 更换元件的方法是：拆下过滤器。左手捏住引线柱，右手用小螺丝刀将小螺钉拧松。均匀拧开四个螺钉，然后拔出校校准管，拿出旧元件。用酒精棉花擦净高温密封圈后，再按上述相反的程序装上新元件，放好高温密封圈，放入新元件，将小瓷环套在铁引线上，均匀拧紧四个螺钉。然后将两根铂引线拧入接线柱中，再装上校准管。检查方法是：量接线盒正负信号端

22、与外内电极铂引线电阻，约为10欧。通标气检验正常后才能上炉。 当过滤器损坏后，可以更换过滤器。 常见问题为什么锆管工作温度低于700？ 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6080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5，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小时内才达到700 离要求700差几十度时，可能是电炉供电功率不够，改变变压器次级抽头位置，适当提高变压器输出电压后即可解决。若离要求700差几XX，电炉工作电压是输入电压的一半，则是双向可控硅半波导通，应增加可控硅的触发电流，还不能解决问题，更换可控硅。 氧含量显示异常有三种情况： 1、锆管使用寿命到期，导致氧含量显示缓慢，具体现象为：锆管两侧的阻值达到几K或十几K欧。 2、锆管断裂，导致仪表显示大范围波动，锆管两侧的阻值应为开路。 3、检测器两侧风压差值过大，导致锆管无法正常工作，应在检测器前端加装减压过滤装置。 在确保探头控温正常时，测量氧电池两端阻值应小于800，如有异常应更换氧传感器，如阻值正常应按说明书重新标定。