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氧化鋯氧量分析儀

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更新時間：2011-12-28

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概述
　　ZrO₂-II型直插式微機化氧量自動分析儀是在總結氧化鋯氧量分析儀多年研究和應用經驗后，研制成功的新型氧量分析儀，適用于各種工業鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧量。它的主要特點是氧量檢測器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，可保證檢測器在水平直插條件下應用時具體足夠長的壽命。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。
　從提高氧量測量可靠性入手，延長氧量檢測器的持續使用壽命，并使儀表具備與檢測器要求相適應的自診斷功能及抗干擾能力。本儀表在完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號轉換器實現智能化等方面較大改進，具體內容如下：

(1)多孔性鉑電極的化學配方及制作工藝可保證氧量檢測器氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有足夠的使用壽命。
(2)儀表具有多種線性量程選擇。
(3)儀表溫度控制系統所給出的升溫曲線能滿足氧化鋯材料對升溫速度的要求。
(4)儀表信號具有必要的自診斷功能。
1、工作原理
　　本儀器依據濃差電池原理構成，和其他電池一樣，它具有兩個半電池，而在兩電極之間，用固體電介質氧化鋯聯結。
　　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依據Nernst公式計算，即：

式中：E-濃差電池輸出，mV; n-電子轉移數，在此為4;
R-理想氣體常數，9.314 W*S/mol; F-法拉第常數,96500 C;
T-溫度,K; P"Q-高濃度側氧分壓; P’Q-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
2.1 測量范圍
　　顯示：0~25.0%？：(三位數字顯示)
　　模擬量輸出(線性)：0~5.00%？，0~10.0%？，0~25.0%？
2.2 測量精度：3%
2.3 響應時間：≤5S(90%測量值)
2.4 溫度精度：700±1℃
2.5 顯示內容：氧濃()、氧勢(mV)、爐溫(℃)、加熱電壓(V)、量程上、下限()、報警上、下限()
2.6 鍵盤設定：報警上、下限設定，探頭零電勢校正
2.7 自診斷內容及故障類別符號：
　　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 溫度異常(快)　E-5 溫度異常(停)
　　E-6 氧勢異常 E-7 斷偶
2.8 輸出：0-10mA 或 4-20mA
2.9 負載電阻：0-1.6kΩ(0-10mA輸出)，0-800Ω(4-20mA輸出)
2.10 檢測器長度為0.2m、0.4m、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 工作環境溫度：0-50℃
3.1.3 工作環境溫度：≤90%
3.1.4 供電電壓：220V.AC±10%Hz
3.1.5 功率消耗：150W
3.2 氧量檢測器的現場按裝條件
　　檢測器的現場按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定范圍內。(煙氣溫度＜650℃)
4 儀器的組成
　　整套儀器由氧量檢測器、信號轉換器及有關附件組成。
4.1 氧量檢測器
　　氧量檢測器由防塵裝置、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，由它產生氧濃差電勢信號，使用時應注意避免劇烈震動，以免損壞。
檢測器內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。由于檢測器本身帶有加熱裝置，因而在低于600℃的環境中仍能正常工作。
4.2 信號轉換器
　　Zr02-Ⅱ型微機化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，由單片機作為中央控制系統。
　　將來自氧量檢測器的模擬信號(氧勢、熱電勢)分別調制成0-10KNz調頻信號，經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，保證了運算勞動精度，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。信號轉換器的電氣原理框圖見圖1
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