ZrO2-II型氧化鋯氧量分析儀

ZrO2-II氧化鋯氧量分析儀概述
　　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(yè)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(xiàn)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(xù)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*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(xiàn)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(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(lián)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。

　　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(huán)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(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±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(guī)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(huán)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(tǒng)，由單片機作為控制系統(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*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

5、儀器的安裝
5.1 取樣點位置的選擇
　　選擇取樣點的原則有：
5.1.1 所取的氣樣能快速反映工藝的變化情況，即氣體要具有代表性；
5.1.2 取樣點的溫度、壓力、流量等參數不應變化太大；
5.1.3 氧檢測器插入深度應達到煙道氣流部位，避免死區(qū)；
5.1.4 切忌在管道、煙道底部開口取樣；
5.1.5 取樣點附近爐膛、煙道應無、泄漏，否則將造成測量誤差；
5.1.6 要選擇在易于維護、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、進行

預先加工好帶法蘭的φ76mm設備短節(jié)，按要求選好取樣位置（爐壁或管道），開一個φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設備上，焊接時要保證焊接處不漏氣。對帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點位置后，φ76mm設備短節(jié)應根據保溫厚度適當加長穿過爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長度約60mm。必須注意：應保證設備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把檢測器插入短節(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，探頭必須水平安裝，參比氣和標準氣接口相應朝下。探頭端部防護套管的缺口位置（可調整方向）也應垂直向下，以防積灰。
5.3 信號轉換器的安裝
　　信號轉換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm
　　信號轉換器的開口尺寸：水平×垂直 152－1×76－1mm
　　信號轉換器用隨機配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現(xiàn)場儀表保護箱內。
5.3.1 信號轉換器與檢測器之間的連接
　　信號轉換器盤裝于控制室，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、電偶冷端補償導線兩根，采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補償導線敷設、電爐加熱線兩根，采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設。 信號轉換器與氧量檢測器之間的接線見圖3。

5.3.2 接線時應注意下列要求：
5.3.2.1 加熱線與信號線分開穿管；
5.3.2.2 鋯管的氧勢、熱電偶溫度補償信號線都是具有極性的信號線，安裝時應注意極性的正確連接。
6、使用方法
6.1 信號轉換器的使用
6.1.1 開機及狀態(tài)說明
　　置信號轉換器于“測量”狀態(tài)（出廠時，信號轉換器已置于測量狀態(tài)），開機后，顯示屏顯示“———”符號，表示開機正常，2S后進入程序升溫狀態(tài)，顯示屏交叉顯示“UUU”及溫度，溫度鍵對應指示燈亮，經1h爐溫達700℃，并自動退出程序升溫狀態(tài)轉入氧量測量程序，氧量鍵對應指示燈亮，LED窗口顯示當時氧量，輸出通道給出與所選擇的測量范圍及當時氧量有關的模擬量（0-10mA或4-20mA）。
　　開機后各狀態(tài)說明表1

表1 開機后各狀態(tài)說明

7、故障判別及排除方法
注：表4包括由于儀器信號故障所造成的氧量測量值偏高、偏低或不穩(wěn)定，其故障排除方法可參考6.1.3儀器校正的步驟進行。
7.1 故障處理步驟
7.1.1 將氧量檢測器從取樣口抽出，在現(xiàn)場與信號轉接器按說明書要求正確接線，并使氧量　　檢測器氧化鋯探頭升溫至700℃。測量鋯管的零電勢及高溫內阻，應分別小于±5mV及500Ω（出廠時，鋯管的零電勢及高溫內阻分別小于±3mV及50Ω），如能符合要求，說明氧化鋯探頭性能良好。若零電勢及高溫內阻分別大于±5mV及500Ω以上，需換新鋯管，然后按照6.1.3節(jié)說明的方法進行校準。
7.1.2 在氧量檢測器“氧勢”端子處卸下內部探頭連線，將手動電位差計輸出信號由“氧勢”端子輸入，不同的毫伏輸入，信號轉換器應顯示不同的氧量，其關系參見附錄A“氧濃度-濃差電勢對照表”。
7.1.3 確認氧化鋯探頭性能，氧量測量及溫度控制系統(tǒng)均正常后，重新將氧量檢測器裝回取樣口，按表4所列現(xiàn)象按先后次序檢查、排除。
表4 故障現(xiàn)象、原因、排除方法
現(xiàn)象  原因  排除方法
氧量偏高  a.氧檢測器安裝法蘭漏氣  擰緊檢測器法蘭
b.氧檢測器鋯管壓蓋未擰緊  擰緊鋯管壓蓋
c.工藝操作負壓太大或取樣裝置前設備泄漏嚴重  改變操作壓力及堵漏
d.取樣點溫度低，造成過濾器堵塞  改變取樣點位置
氧量偏低  a.焙燒用礦源含碳或磁性氧化鐵（）   
b.焙燒冷卻水箱漏水  堵漏
氧量指標不穩(wěn)定或周期性波動  a.原料含硫波動太大  適當拌礦
b.加料皮帶轉速不勻或空轉  拉緊加料皮帶或檢查加料電機
c.工藝管道局部堵塞，系統(tǒng)阻力不穩(wěn)定  消除工藝道管堵塞現(xiàn)象
升溫過快  固態(tài)繼電器故障  更換繼電器
檢測器不能升溫  固態(tài)繼電器故障  同上
電爐加熱絲斷  更換電爐