氧化锆氧量计

安徽吉帆仪表有限公司专注于氧化锆氧量分析仪、变送器、压力表、流量计、水位计、双金属温度计、热电阻热电偶、炉膛工业电视系统、汽包水位监视系统生产加工；实验室成套的设计、研发；传感设备、测量系统、气体检测及分析设备、输配电控制设备及系统销售；电气成套设备、环保设备及材料、建筑材料、电缆光缆、实验设备、安防产品、会议音响工程、多媒体展厅工程的设计、施工。公司本着以质量求生存，以质量求发展，向质量要效益的原则服务于广大用户朋友。

氧化锆氧量计

一、 概述

      氧化锆氧传感器是采用氧化锆固体电解质组成的氧浓度差电池来测氧的传敢器。它是本世纪6O年代才兴起的。属于固体离子学中一个重要应用方面.这类氧传感器已在国内外广泛用于工业炉窑优化燃烧，产生了显著的节能效果;广泛用于汽车尾气测量，明显地改善了城市环境污染;广泛用于钢液测氧，大大提高了优质钢的质量和产量;广泛用于惰性气体中测氧，其灵敏度和测氧范围非其它氧量计可比。本文从理论分折和实际应用两个方面阐述了上述问题。氧化锆传感器的主要应用可归纳为以下五个方面:
1.烟气测氧:主要用于发电厂、炼油厂、钢铁厂、化工厂、轻纺印染厂、食品加工厂、等企业。
2.汽车尾气测量:目前主要用于载人的小汽车和轿车等。
3.钢液测氧:主要用于钢铁公司和炼铜厂等冶炼企业。
4.惰性气体测氧:主要用于钢铁公司、空分厂、化肥厂和电子企业等。
5.物化研究:主要用于高温氧化还原反应中热力学和动力学参数测定。

氧化锆氧量计由转换器和检测器（俗称氧探头）组成，在检测器的核心元件氧化锆浓差电池上，采用了纳米材料和先进的生产工艺，在电极涂层上添加抑制电极老化的添加剂。大大提高了氧化锆测量探头的精度和使用寿命。检测器采用直插式探头结构，不需取样系统，能及时反映锅炉内燃烧状况，如与自控装置配合使用，可有效地控制燃烧状况。转换器采用单片机智能化设计，汉字液晶显示，使数据显示、功能控制更具有人性化；可与各类型DCS数据接入设备连接。使仪表的操作变的简单，容易掌握。具有以下特点：

   1. 通用性较强，可以直接替换其它厂家氧量分析仪。

   2. 大屏幕蓝底白字ＬＣＤ显示。

   3. 全中文操作菜单(出口产品可以提供英文菜单)。

   4. 氧量量程0.01-25.00％内自由设定（量程0-5%）。

   5. 温度采用ＰＩＤ控温，恒温点７００℃和７５０℃（可现场选择）。

   6. 可设置氧量上、下限报指示，温度上、下限报指示。

   7. 本底电势一键校正。

   8. 可用标准气在线校准。

   9.  4-20mA标准电流输出与主电路光电隔离，可直接远传进入DCS系统。

   10. 多种故障信息提示。

二、工作原理

氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物组成，其中，ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体，因此纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以当在ZrO2中掺人一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后仍保留立方晶体，因此又称它为稳定氧化锆。据上分析，稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。

典型的氧化锆传感器是
Pt,P''O2│ZrO2·Y2O3│P'O2,Pt
在上述电池中，Pt表示两个铂电极，它是涂制在氧化锆电解质的两边，两种氧分压为P''O2和P'O2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器，其中P''O2是参比气，例如通人空气(20.6%O2)，P'O2是待测气，例如通入烟气。在高温下，由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体，上述电池便是一个典型的氧浓差电池。
在高温下(650---850℃)，氧就会从分压大的P''O2一侧向分压小的P'O2侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从P''O2侧到P'O2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的P''O2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子(O2-)进入电解质，即:O2(P''O2)+4e→2O2-

P''O2侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的P'O2侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即:
2O2--4e→O2(P'O2)
P'O2侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。
其池电势由能斯特方程给出:
E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)
式中R为气体常数，T为电池的热力学温度(K)，F为法拉第常数.(1)式是在理想状态下导出的， 必须具有四个条件:(1)两边的气体均为理想气体;(2)整个电池处于恒温恒压系统中;(3)浓差电池是可逆的;(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量P''O2是已知的，因此测得E值后便可求得待测气体氧含量P'O2值。
当电池工作温度固定于700℃时，上式为:
E=48.26lg(P''O2/P'O2)
由上式，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%) 时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。

三、 技术指标

     量程：     0.01～25.00%O2(量程从5.00％－25.00％内自由设置）

     输出信号： 4 ～20mA 负载电阻≤500Ω 隔离

     重复性：   满量程的±0.5%

     基本误差： ≤±1%（满量程）

     稳定性：   ≤±1%（仪器连续检定4h）

     响应时间： 当标准气体从检测器入口引入时计，5秒内达到90%的响应

     环境温度： 检测器 -10℃～80℃   转换器 0℃～40℃

     电源及功耗：电源220±10%VAC，功耗为150W

     样气温度：   ≤700℃（700℃以上协商供货）

     样气压力范围：±10KPa

     检测器长度：  0.4m;0.8m;1.0m;1.2m；（其他长度可根据用户要求生产）

四、 转换器安装尺寸

   盘装横式表：外形尺寸160*80mm*250mm，开孔尺寸152*76mm

   盘装竖式表：外形尺寸80*160mm*250mm，开孔尺寸76*152mm

   盘装方式表：外形尺寸160*160*150mm，开孔尺寸152*152mm

   盘装方式表：外形尺寸144*144*150mm，开孔尺寸138*138mm

   墙挂式表：  外形尺寸260*200*100mm

五、壁挂式盘装式氧化锆氧量分析仪配套检测器（探头）的构造

       检测器由防尘装置、氧化锆管、加热炉、热电偶、气体导管、接线盒以及壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能，提高使用寿命。对高粉尘的检测环境，为达到更好的过滤效果，加装了多孔陶瓷过滤器。

       检测器内的氧化锆管是核心元件 ，属陶瓷易碎品，运输和安装使用过程中应避免剧烈震动，以免损坏。检测器内加热炉的作用是提供氧化锆元件正常工作所需的温度，为延长加热炉的寿命，在工艺上作了特殊的处理。因检测器本身带有加热装置，从而在低于700℃的环境中能正常工作。

六、 安装注意事项

※注意: 新建炉膛或烟道要等几次烘炉干燥后再安装氧探头，否则，过于潮湿的烟气可能降低新探头使用寿命。

※注意：锆头信号线、电偶导线要与加热器线分开走线。