ZrO₂-II型直插式微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀是在總結(jié)氧化鋯氧量分析儀多年研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后，研制成功的新型氧量分析儀，適用于各種工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧量。它的主要特點(diǎn)是氧量檢測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉑電的化學(xué)配方、制作工藝充分考慮了被測爐氣組分端復(fù)雜這一特點(diǎn)，可檢測器在水平直插條件下應(yīng)用時(shí)具體長的壽命。而其信號轉(zhuǎn)換部分以單片微處理器為，通過軟件實(shí)現(xiàn)儀表大部分功能，硬件配置重點(diǎn)強(qiáng)化儀表的干擾措施。

  　　從氧量測量性入手，延長氧量檢測器的持續(xù)使用壽命，并使儀表具備與檢測器要求相適應(yīng)的自診斷功能及干擾能力。本儀表在完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)智能化等方面較大改進(jìn)，具體內(nèi)容如下：
 

（1）多孔性鉑電的化學(xué)配方及制作工藝可氧量檢測器氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有的使用壽命。

  （2）儀表具有多種線性量程選擇。

  （3）儀表溫度控制系統(tǒng)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）儀表信號具有要的自診斷功能。

  1、工作原理

  　　本儀器依據(jù)濃差電池原理構(gòu)成，和其他電池一樣，它具有兩個(gè)半電池，而在兩電之間，用固體電介質(zhì)氧化鋯聯(lián)結(jié)。

  　　在高溫下，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)有氧濃差時(shí)，就形成了氧濃差電池，電池電動(dòng)勢的大小可依據(jù)Nernst公式計(jì)算，即：
 
  
  
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
  
  
  
 
  
 

式中：E-濃差電池輸出，mV; n-電子轉(zhuǎn)移數(shù)，在此為4;

  R-理想氣體常數(shù)，9.314 W*S/mol; F-法拉第常數(shù),96500 C;

  T-溫度,K; P"Q-高濃度側(cè)氧分壓;
  P’Q-低濃度側(cè)氧分壓。

  　　當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為：

 
  
 

  　　由上式可知，在溫度700℃時(shí)，當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣（20.6%）時(shí)，由濃差電池輸出電動(dòng)勢E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測氧原理。

  2.主要技術(shù)參數(shù)

  2.1 測量范圍

  　　顯示：0~25.0%？：（三位數(shù)字顯示）

  　　模擬量輸出（線性）：0~5.00%？，0~10.0%？，0~25.0%？

  2.2 測量：3%

  2.3 響應(yīng)時(shí)間：≤5S（90%測量值）

  2.4 溫度：700&plun;1℃

  2.5 顯示內(nèi)容：氧濃（）、氧勢（mV）、爐溫（℃）、加熱電壓（V）、量程上、下限（）、報(bào)警上、下限（）

  2.6 鍵盤設(shè)定：報(bào)警上、下限設(shè)定，探頭電勢校正

  2.7 自診斷內(nèi)容及故障類別號：

  　　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(fù)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(zhuǎn)換器的使用條件

3.1.1 儀器安裝環(huán)境應(yīng)無易燃、易爆和強(qiáng)腐蝕性氣體，并要求通風(fēng)良好。

  3.1.2 工作環(huán)境溫度：0-50℃

  3.1.3 工作環(huán)境溫度：≤90%

  3.1.4 供電電壓：220V.AC&plun;10%Hz

  3.1.5 功率消耗：150W

  3.2 氧量檢測器的現(xiàn)場按裝條件

  　　檢測器的現(xiàn)場按裝場所須滿足下列條件：

  3.2.1 避開震動(dòng)場合；

  3.2.2 要有的工作空間。

  3.2.3 煙氣溫度和壓力要在儀器規(guī)定范圍內(nèi)。（煙氣溫度＜650℃）

  4 儀器的組成

  　　整套儀器由氧量檢測器、信號轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。

  4.1 氧量檢測器

  　　氧量檢測器由塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測溫?zé)犭娕?、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個(gè)裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)，以增加整個(gè)裝置的密封性能，使用壽命。

  　　氧化鋯管是該檢測器的，由它產(chǎn)生氧濃差電勢信號，使用時(shí)應(yīng)注意避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。

  檢測器內(nèi)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，在工藝上做了的處理。由于檢測器本身帶有加熱裝置，因而在低于600℃的環(huán)境中仍能正常工作。

  4.2 信號轉(zhuǎn)換器

  　　Zr02-Ⅱ型微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀的信號轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)小型的測控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為控制系統(tǒng)。

  　　將來自氧量檢測器的模擬信號（氧勢、熱電勢）分別調(diào)制成0-10KNz調(diào)頻信號，經(jīng)光電隔離后送至計(jì)算機(jī)，采用調(diào)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，因而大大了儀表的干擾能力。應(yīng)用程序主要由主程序和子程序組成，的程序都采用模塊結(jié)構(gòu)編制，便于修改、增加軟件功能，以滿足不同用戶的需要。程序運(yùn)算采用了三位浮點(diǎn)數(shù)，了運(yùn)算勞動(dòng)，對氧濃、爐溫的計(jì)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(zhuǎn)換器的電氣原理框圖見圖1

5儀器的安裝

  5.1 取樣點(diǎn)位置的選擇

  　　選擇取樣點(diǎn)的原則有：

5.1.1 所取的氣樣能快速反映工藝的變化情況，即氣體要性；

  5.1.2 取樣點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大；

  5.1.3 氧檢測器深度應(yīng)煙道氣流部位，避免區(qū)；

  5.1.4 切忌在管道、煙道底部開口取樣；

  5.1.5 取樣點(diǎn)附近爐膛、煙道應(yīng)無、泄漏，否則將造成測量誤差；

  5.1.6 要選擇在易于維護(hù)、檢修的地方。

  5.2 氧量檢測器的安裝

  　　氧量檢測器的安裝參照圖3、圖4、進(jìn)行

　　預(yù)先加工好帶法蘭的φ76mm設(shè)備短節(jié)，按要求選好取樣位置（爐壁或管道），開一個(gè)φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上，焊接時(shí)要焊接處不漏氣。對帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點(diǎn)位置后，φ76mm設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)加長穿過爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長度約60mm。須注意：應(yīng)設(shè)備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把檢測器短節(jié)，在短節(jié)法蘭與檢測器法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個(gè)螺栓，使其不漏氣即可。

  　　注意：由于探頭的參比氣是靠空氣自然對流提供的，探頭須水平安裝，參比氣和標(biāo)準(zhǔn)氣接口相應(yīng)朝下。探頭端部護(hù)套管的缺口位置（可調(diào)整方向）也應(yīng)垂直向下，以積灰。

  5.3 信號轉(zhuǎn)換器的安裝

  　　信號轉(zhuǎn)換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm

  　　信號轉(zhuǎn)換器的開口尺寸：水平×垂直 152－1×76－1mm

  　　信號轉(zhuǎn)換器用隨機(jī)配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現(xiàn)場儀表保護(hù)箱內(nèi)。

5.3.1 信號轉(zhuǎn)換器與檢測器之間的連接

  　　信號轉(zhuǎn)換器盤裝于控制室，氧量檢測器安裝于現(xiàn)場，它們之間連接線有：氧勢信號線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設(shè)、電偶冷端補(bǔ)償導(dǎo)線兩根，采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)、電爐加熱線兩根，采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設(shè)。 信號轉(zhuǎn)換器與氧量檢測器之間的接線見圖3。

5.3.2接線時(shí)應(yīng)注意下列要求：

  5.3.2.1 加熱線與信號線分開穿管；

  5.3.2.2 鋯管的氧勢、熱電偶溫度補(bǔ)償信號線都是具有性的信號線，安裝時(shí)應(yīng)注意性的正確連接。

  6 使用方法

  6.1 信號轉(zhuǎn)換器的使用

  6.1.1 開機(jī)及狀態(tài)說明

  　　置信號轉(zhuǎn)換器于“測量”狀態(tài)（出廠時(shí)，信號轉(zhuǎn)換器已置于測量狀態(tài)），開機(jī)后，顯示屏顯示“———”號，表示開機(jī)正常，2S后進(jìn)入程序升溫狀態(tài)，顯示屏交叉顯示“UUU”及溫度，溫度鍵對應(yīng)指示燈亮，經(jīng)1h爐溫達(dá)700℃，并自動(dòng)退出程序升溫狀態(tài)轉(zhuǎn)入氧量測量程序，氧量鍵對應(yīng)指示燈亮，LED窗口顯示當(dāng)時(shí)氧量，輸出通道給出與所選擇的測量范圍及當(dāng)時(shí)氧量有關(guān)的模擬量（0-10mA或4-20mA）。

  　　開機(jī)后各狀態(tài)說明表1

6.1.2在線查詢參數(shù)

  　　在線查詢參數(shù)的具體按鍵操作說明如表2

 　　在“程序升溫”狀態(tài)下，儀表顯示升溫號及當(dāng)時(shí)溫度值，在正常“測量”狀態(tài)下，儀表顯示當(dāng)時(shí)“氧量”值，當(dāng)要查詢“溫度”或“氧量”以外的其它參數(shù)時(shí)，只要按下列板對應(yīng)鍵，在顯示窗口立即顯示對應(yīng)參數(shù)值，但按鍵動(dòng)作不影響程序升溫時(shí)溫度或測量狀態(tài)時(shí)氧量所對應(yīng)的模擬輸出量，且在10S后顯示內(nèi)容自動(dòng)返回，恢復(fù)顯示程序升溫狀態(tài)時(shí)溫度或測量狀態(tài)時(shí)的氧量值。總之，在測量時(shí)，任何按鍵動(dòng)作不影響與氧量相對應(yīng)的模擬量輸出，是顯示內(nèi)容的改變，且在10S后返回。

6.1.3 儀器的校正

  　　由于氧化鋯元件的離散性，由于氧化鋯元件在使用過程中的老化，由于安裝點(diǎn)比氣的流通情況不盡相同，可能是氧化鋯元件的測量產(chǎn)生較大誤差。因此，不對新安裝的氧化鋯探頭需要進(jìn)行在線校準(zhǔn)，而且須定期對運(yùn)行中的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。

  　　在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場，把氧探頭和轉(zhuǎn)換器按圖6正確連接好并接通電源，一小時(shí)后溫度700℃。旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，將瓶裝5%含量的氮中氧標(biāo)準(zhǔn)氣體通過減壓器將其流量控制在300ml/分鐘，用乳膠管送入探頭的標(biāo)氣口內(nèi)，觀察轉(zhuǎn)換器的氧量顯示值，若氧量偏差較大則需按一下“氧勢校正鍵”，再通過按“加”或“減”鍵使顯示值增加或減少一些，再按“氧量”鍵，查看氧量是否在5%左右，若未標(biāo)準(zhǔn)請重復(fù)此步驟調(diào)整，若無法調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)，說明鋯管已老化，需換新鋯管。

  　　無標(biāo)氣現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)：旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，使空氣進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)管，按一下轉(zhuǎn)換器面板上的“氧勢校正鍵”，通過按“加”或“減”鍵使顯示值為&plun;0.1mv以內(nèi)，再按下“氧量”鍵應(yīng)顯示20.6即可，校準(zhǔn)結(jié)束應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓重新旋緊即可正常使用。

  6.1.4 上下限報(bào)警設(shè)定值的改變

  　　按上限報(bào)警（或下限報(bào)警）鍵，此時(shí)顯示上限報(bào)警（或下限報(bào)警）設(shè)定值，如需進(jìn)行改變，按“加”或“減”鍵，直至合要求為止。