型氧化鋯氧量分析儀使用說(shuō)明書(shū)

1、ZO-401型氧化鋯氧量分析儀說(shuō)明書(shū)注意：用戶(hù)使用儀器前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀本使用說(shuō)明書(shū)！1概述ZO-401系列氧化鋯分析儀是由智能化分析儀和氧化鋯氧量計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)氧探頭）組成。該儀器的工作原理是基于電化學(xué)原理，檢測(cè)元件是利用氧化鋯（ZrO2）制成的固體電解質(zhì)，其在高溫下具有傳導(dǎo)氧離子的特性，當(dāng)固體電解質(zhì)兩側(cè)存在氧濃度差時(shí)，即有一與濃度成一定關(guān)系的電勢(shì)產(chǎn)生，對(duì)此電勢(shì)作補(bǔ)償計(jì)算，從而可準(zhǔn)確反映氧量。ZO-401系列氧分析儀采用單片機(jī)作核心，對(duì)氧探頭進(jìn)行爐溫加熱控制和數(shù)據(jù)處理，通過(guò)氧探頭可對(duì)諸多工業(yè)爐窯煙氣中的氧含量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、連續(xù)地檢測(cè)，減少低氧燃燒造成的污染，確保生產(chǎn)過(guò)程的安全和經(jīng)濟(jì)性。因此，氧化鋯氧

2、分析儀可廣泛用于電力、化工、冶金、石油、輕工紡織領(lǐng)域中的燃燒控制，也可應(yīng)用于電子元件、磁性材料等高溫?zé)Y(jié)的保護(hù)性氣氛中的微量含氧分析。采用單片機(jī)組成的智能化儀表，可以對(duì)氧探頭送來(lái)的氧濃度電勢(shì)、K型熱偶電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量比較，用“能斯特”公式實(shí)時(shí)地計(jì)算出煙氣中的氧含量，并且在計(jì)算中引入雙參數(shù)校正法，具有氧探頭本底電勢(shì)補(bǔ)償功能，氧電勢(shì)斜率修正，彌補(bǔ)了氧探頭的離散性缺陷，延長(zhǎng)了氧探頭的使用壽命。ZO-401氧分析儀具有氧百分濃度、氧化鋯探頭電勢(shì)、熱偶溫度顯示，并有本底電勢(shì)補(bǔ)償值、氧電勢(shì)斜率系數(shù)修正值顯示、隔離的420mA模擬量輸出，且模擬量輸出對(duì)應(yīng)的氧百分比濃度可由面板操作設(shè)定，其日常維護(hù)十分方便。2工作

3、原理21 傳感器（氧探頭）工作原理氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯材料是一種高性能的氧離子導(dǎo)體，氧化鋯管內(nèi)外側(cè)涂以多孔鉑電極，在高溫（>600）時(shí)，當(dāng)氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)分別通以不同氧濃度的氣體時(shí)，就形成氧濃差電池：（PO1）ZrO2 （PO2） Pt Pt陰極：O2 + 4e = 2O2-陽(yáng)極：2O2- = O2 + 4e PO1和PO2分別為參比氣氧分壓和被測(cè)氣氧分壓，氧濃差電池電動(dòng)勢(shì)E與氧分壓的關(guān)系可用能斯特（Nernst）公式表示： E = （RT/4F）ln (PO1/ PO2)式中，R：理想氣體常數(shù)（8.314J/molk） T：濃差電池工作溫度（K） F：法拉第常數(shù)（96500J/V） PO

4、1：參比氣氧分壓（通常以空氣作為參比氣，其濃度為20.60%） PO2 : 被測(cè)氣氧分壓 通過(guò)測(cè)量氧濃差電池電動(dòng)勢(shì)E、溫度，就可以計(jì)算出被測(cè)氣體的氧濃度。 O2 = 20.6 e-4EF/RT (%) 由于實(shí)際值與理論值存在一定偏差，修正公式可表示為： O2 = 20.6 e-4（E+E0）KF/RT (%) 式中，E0代表高氧量氣氛時(shí)的系統(tǒng)測(cè)量誤差，為量程校正系數(shù)，俗稱(chēng)本底電勢(shì)；K系數(shù)代表低氧量氣氛時(shí)的系統(tǒng)測(cè)量誤差，為零點(diǎn)校正系數(shù)，稱(chēng)為斜率系數(shù)。22氧量表工作原理 來(lái)自氧探頭的氧電勢(shì)信號(hào)、熱偶溫度信號(hào)經(jīng)放大送A/D轉(zhuǎn)換電路，單片微機(jī)系統(tǒng)CPU采集到其信號(hào)后，與校正系數(shù)一起進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可得

5、出氧含量的百分含量。同時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)行氧電勢(shì)、探頭溫度、校正系數(shù)值的顯示，并對(duì)鋯管的加熱電爐進(jìn)行恒溫控制，且輔以斷偶、超溫保護(hù)、熱偶反接保護(hù)，確保系統(tǒng)可靠工作。3技術(shù)指標(biāo) 測(cè)量范圍：025%O2 測(cè)量精度：±2% FS（含探頭） 響應(yīng)時(shí)間：3秒（90%響應(yīng)） 溫度顯示范圍：0-1372 溫控精度：恒溫點(diǎn)的±2 數(shù)顯形式：四位LED數(shù)碼管 本底電勢(shì)修正范圍：-20mV - +20mV 斜率修正范圍：0.81.2 模擬量輸出：420mA（負(fù)載能為0500），可提供雙路模擬量輸出。 工作條件：環(huán)境溫度0-50，相對(duì)濕度85% 工作電壓：交流220V±10%，50HZ

6、77;5% 功耗：6W（不包括加熱功率） 加熱功率：約50W（平均值）4儀器結(jié)構(gòu)和功能介紹41 氧探頭構(gòu)造和各部名稱(chēng) 氧化鋯氧量計(jì)是由防塵裝置、氧化鋯管元件（固體電解質(zhì)元件）、K型熱電偶、加熱器、標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)管、接線(xiàn)盒以及外殼殼體等主要部件組成，參見(jiàn)圖1。 整個(gè)裝置采用全封閉結(jié)構(gòu)，以增加整個(gè)裝置的密封性能，材料采用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼材料制作，以提高使用壽命。 防塵裝置由防塵罩和過(guò)濾器組成，能防止煙氣中的灰塵進(jìn)入氧化鋯鋯管內(nèi)部，使鋯管元件免受污染，并能起到緩沖氣樣作用。 氧化鋯管元件是氧探頭的核心部件，由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào)。氧化鋯管是陶瓷類(lèi)金屬氧化物，使用時(shí)必須避免劇烈震動(dòng)，以免損壞鋯管元件

7、。 熱電偶是探頭內(nèi)置加熱器恒溫控制之用，也是測(cè)量鍋爐、窯爐煙道中被測(cè)氣體的溫度的元件，為氧量計(jì)算提供一個(gè)溫度信號(hào)。 加熱器的作用是提供氧化鋯固體電解質(zhì)元件正常工作所需的溫度，從而使其在低于600的被測(cè)煙氣環(huán)境中也能正常工作。411氧化鋯氧量計(jì)的長(zhǎng)度 根據(jù)鍋爐爐墻的厚度可選用的長(zhǎng)度有：0.8米、1.0米、1.2米等，還可以根據(jù)實(shí)際需要訂制特殊尺寸。其長(zhǎng)度的定義參見(jiàn)圖1。412氧化鋯氧量計(jì)的安裝法蘭尺寸見(jiàn)圖2（A） 圖2-A 圖2-B413氧化鋯氧量計(jì)的接線(xiàn)盒見(jiàn)圖2（B） 42氧化鋯分析儀（二次表）結(jié)構(gòu)、功能421盤(pán)裝式氧量?jī)x面板示意圖（見(jiàn)圖3 A、B、C） 圖3A為盤(pán)裝式橫表，面框尺寸為：160

8、mm(寬)80mm(高)，安裝開(kāi)孔尺寸：152mm76mm圖3B為盤(pán)裝式豎表，面框尺寸為：80mm（寬）160mm（高），安裝開(kāi)孔尺寸：76mm152mm圖3C為盤(pán)裝式方表，面框尺寸為：160mm（寬）160mm（高），安裝尺寸：152mm152mm422墻掛式氧量?jī)x尺寸及面板示圖（見(jiàn)圖4 A、B） 423氧量表與探頭的連接（見(jiàn)圖5，以盤(pán)裝式橫表為例） 圖55安裝說(shuō)明51 檢測(cè)器安裝 檢測(cè)器的安裝首先要考慮安裝點(diǎn)的選定，可根據(jù)煙溫選定加熱或不加熱氧探頭。一般來(lái)說(shuō)，煙氣溫度較低，檢測(cè)元件鋯管使用壽命長(zhǎng)，但探頭的本底、內(nèi)阻較大；煙氣溫度高，探頭壽命短，但內(nèi)阻小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。一般中小型鍋爐安裝點(diǎn)選在

9、鍋爐省煤器前、過(guò)熱器后較合適，安裝點(diǎn)煙氣流動(dòng)性較好，切忌安裝在爐內(nèi)側(cè)、死角渦流縮口處，內(nèi)側(cè)和死角點(diǎn)容易使響應(yīng)滯緩，氣渦流處氧含量波動(dòng)大，縮口處易灰堵及沖刷厲害，而且安裝點(diǎn)不能有漏氣，否則煙道內(nèi)負(fù)壓將空氣吸入煙道，造成氧量測(cè)量偏高，不能如實(shí)反映煙道內(nèi)氧含量。另外，可根據(jù)鍋爐噸位的大小或爐墻的厚度來(lái)選擇探頭的長(zhǎng)度，一般有L=800mm,1000mm,1200mm,檢測(cè)器的長(zhǎng)度可根據(jù)用戶(hù)需要定制。 為使儀器順利安裝在爐體煙道上，需自制圖6所示的爐體法蘭。 適合于焊接鋼體爐體或緊固件固定于爐體 適合于預(yù)埋磚砌爐體，長(zhǎng)度可根據(jù)爐體厚度而定 圖 6 注意：埋管的長(zhǎng)度決不能超出探頭的長(zhǎng)度。 圖7安裝檢測(cè)器的

10、示意圖如圖6 A、B及圖7所示，同時(shí)應(yīng)注意：檢測(cè)器應(yīng)以水平方式插入煙道，應(yīng)使“標(biāo)準(zhǔn)氣”和“參比氣”的氣嘴向下。如檢測(cè)器插入熱的煙道內(nèi)，必須使用分段推入法，緩緩?fù)迫霟煹溃苊馐估鋺B(tài)的鋯管一下進(jìn)入高溫狀態(tài)而使鋯管爆裂。探頭法蘭和爐體法蘭之間必須墊放石棉紙墊襯，防止漏氣。正常檢測(cè)時(shí)，必須擰上標(biāo)準(zhǔn)氣氣嘴螺堵，保持密封。由檢測(cè)器接線(xiàn)盒內(nèi)引線(xiàn)三對(duì)六根線(xiàn)至二次表（變送顯示器），要求是氧電極信號(hào)線(xiàn)1.0mm左右護(hù)套線(xiàn)，如現(xiàn)場(chǎng)有強(qiáng)干擾源，應(yīng)考慮選擇帶屏蔽的電線(xiàn)；熱電偶連線(xiàn)選用K分度的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，加熱器請(qǐng)選用導(dǎo)線(xiàn)大于2A的普通導(dǎo)線(xiàn)。為避免干擾，加熱線(xiàn)應(yīng)與信號(hào)線(xiàn)分開(kāi)穿管走線(xiàn)。52二次儀表的安裝 ZO-401盤(pán)裝式儀表

11、均按標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)孔尺寸開(kāi)孔，用所附支架固定安裝；墻掛式表可選擇靠近探頭處，合適的地方安裝，最好有保護(hù)箱體。6使用和校驗(yàn)61 氧化鋯氧量?jī)x的操作 經(jīng)過(guò)檢查后確認(rèn)檢測(cè)器和變送器安裝接線(xiàn)準(zhǔn)確可靠，且無(wú)遺漏的情況下，可將二次表的電源接通。通過(guò)“ ”鍵將測(cè)量顯示切換至溫度顯示值。此時(shí)，溫度隨著加熱的進(jìn)行將上升，上升至700（本機(jī)恒溫點(diǎn)設(shè)定值），整個(gè)時(shí)間約需要1520分鐘之間，此時(shí)間是指探頭處在室溫狀況下（無(wú)基礎(chǔ)溫度）加至700約所需時(shí)間。如探頭安裝在運(yùn)行中的鍋爐上，此時(shí)間將視煙道內(nèi)的溫度不同而不定。在探頭尚未加熱至700時(shí)，此時(shí)，查看氧量測(cè)量值是無(wú)意義的。待溫度顯示至700時(shí)，穩(wěn)定一段時(shí)間后，可通過(guò)“ ”鍵切

12、換至氧量顯示值，并可查看鋯池在700時(shí)輸出的氧電勢(shì)值，儀器投入正常運(yùn)行。如熱偶故障或熱偶接線(xiàn)不可靠，溫度顯示停格在1372上，此時(shí)即處于斷偶保護(hù)，加熱停止。如熱電偶極性接錯(cuò)，儀表開(kāi)啟后即蜂鳴器鳴響報(bào)警，儀器處于報(bào)警狀態(tài)，需斷電檢查、更正接線(xiàn)后，再送電重新啟動(dòng)。6.2 儀器在出廠時(shí)，校正參數(shù)“ ”（本底電勢(shì)補(bǔ)償值）、“ ”（斜率修正值）均設(shè)置在理想狀況（E0=0，O2-K為1.000）。本儀表可以在實(shí)驗(yàn)室校正，也可現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)校正，二者校正步驟基本相同。6.3 為使校正正常進(jìn)行，重復(fù)強(qiáng)調(diào)如下參數(shù)的定義： “ ”：本底電勢(shì)（或零位電勢(shì)），在空氣或高氧值氣氛下測(cè)量氧量時(shí)氧化鋯輸出電勢(shì)的誤差值，理論上在測(cè)

13、定空氣時(shí)，氧化鋯輸出電勢(shì)為零值（700條件下），校正時(shí)一般以空氣作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 “ ”：在低氧氣氛中測(cè)量氧濃度時(shí)，氧化鋯電池輸出的氧電勢(shì)偏離理論上的氧電勢(shì)值，我們將改變輸出曲線(xiàn)的斜率來(lái)修正至理論值。氧電勢(shì)值與氧濃度呈非線(xiàn)性的反比關(guān)系，氧濃度越低，氧電勢(shì)越高。修正低氧濃度氧電勢(shì)的斜率時(shí)，我們必須選用一瓶標(biāo)值范圍在1%-5%的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，或選用我公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的ZO-FO2便攜式檢測(cè)儀，從探頭的標(biāo)氣孔抽樣氣進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)、校正，因標(biāo)準(zhǔn)氣體屬高壓容器危險(xiǎn)品，運(yùn)輸、托運(yùn)存在諸多麻煩。6.4 校正方法 開(kāi)放給用戶(hù)調(diào)節(jié)用的參數(shù)有4個(gè)，分別為 （本底電勢(shì)）、 （斜率）、“ ”（4mA輸出對(duì)應(yīng)氧量%）、

14、“ ”（20mA輸出對(duì)應(yīng)氧量%）。前兩個(gè)參數(shù)為校正氧量用，后兩個(gè)參數(shù)為輸出模擬量電流對(duì)應(yīng)氧量的量程設(shè)置。具體方法如下：（1）置探頭在空氣中，如安裝在現(xiàn)場(chǎng)且鍋爐在運(yùn)行中，打開(kāi)標(biāo)氣孔螺絲，按“ ”鍵，交替顯示“ ”“ ”，輸入密碼“110”，按“ ”鍵確認(rèn)，顯示“ ”及目前值（出廠時(shí)為0.000），可通過(guò)“ ”鍵調(diào)節(jié)，并可通過(guò)“ ”鍵查看具體的氧值變化，使氧值調(diào)整顯示為“20.60%”上，按“ ”鍵確認(rèn)，顯示下一調(diào)節(jié)值“ ”及目前值（出廠時(shí)為1.000）。（2）把標(biāo)準(zhǔn)氣體（假如選2%標(biāo)準(zhǔn)氣體），通過(guò)減壓閥流量計(jì)把氣體流量控制在200ml-300ml/min，用硅膠管把標(biāo)準(zhǔn)氣連接至探頭“標(biāo)氣入口”處

15、，具體結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖9，調(diào)節(jié)“ ”鍵且按“ ”鍵查看具體的氧值變化，使氧量顯示為標(biāo)準(zhǔn)氣的值，按“ ”鍵確認(rèn)，顯示下一調(diào)節(jié)參數(shù)“ ”及出廠值0.000%。至此，氧量的校正結(jié)束。（3）模擬量輸出電流對(duì)應(yīng)氧量值的調(diào)整可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求來(lái)調(diào)整。一般mA輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的氧量均為零值，可直接按“ ”鍵跳過(guò)此設(shè)置，進(jìn)入“ ”（出廠時(shí)設(shè)置在20.6%）調(diào)整，通過(guò)“ ”鍵調(diào)整至所需值，一般電廠此參數(shù)的設(shè)置有25%、20.6%、20%、10%等，按“ ”鍵確認(rèn)，系統(tǒng)返回測(cè)量狀態(tài)，設(shè)置、校正完畢。如要再次調(diào)整，請(qǐng)重復(fù)上述過(guò)程。如果使用我公司生產(chǎn)的ZO-FO2便攜式氧量檢測(cè)儀可替代標(biāo)準(zhǔn)氣體，作“ ”斜率修正，一定要在探頭安裝在正常運(yùn)行中的鍋爐上才能進(jìn)行此種操作，具體操作見(jiàn)ZO-FO2使用說(shuō)明書(shū)，儀器外型見(jiàn)圖8。7 維護(hù)71 ZO-401氧化鋯氧量?jī)x在正常使用情況下，維護(hù)工作不多，僅需要定期對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定。一般來(lái)說(shuō)，投入自控系統(tǒng)的儀表做到二個(gè)月標(biāo)定一次即可，未接入自控系統(tǒng)的儀表，四個(gè)月標(biāo)定一次。72 因生產(chǎn)需要停爐，應(yīng)等停爐后再關(guān)儀表