安徽吉帆儀表有限公司專(zhuān)注于氧化鋯氧量分析儀、變送器、壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、熱電阻熱電偶、爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)、汽包水位監(jiān)視系統(tǒng)生產(chǎn)加工；實(shí)驗(yàn)室成套的設(shè)計(jì)、研發(fā)；傳感設(shè)備、測(cè)量系統(tǒng)、氣體檢測(cè)及分析設(shè)備、輸配電控制設(shè)備及系統(tǒng)銷(xiāo)售；電氣成套設(shè)備、環(huán)保設(shè)備及材料、建筑材料、電纜光纜、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安防產(chǎn)品、會(huì)議音響工程、多媒體展廳工程的設(shè)計(jì)、施工。公司本著以質(zhì)量求生存，以質(zhì)量求發(fā)展，向質(zhì)量要效益的原則服務(wù)于廣大用戶(hù)朋友。
氧化鋯分析儀
一、 概述
氧化鋯氧傳感器是采用氧化鋯固體電解質(zhì)組成的氧濃度差電池來(lái)測(cè)氧的傳敢器。它是本世紀(jì)6O年代才興起的。屬于固體離子學(xué)中一個(gè)重要應(yīng)用方面.這類(lèi)氧傳感器已在國(guó)內(nèi)外廣泛用于工業(yè)爐窯優(yōu)化燃燒，產(chǎn)生了顯著的節(jié)能效果;廣泛用于汽車(chē)尾氣測(cè)量，明顯地改善了城市環(huán)境污染;廣泛用于鋼液測(cè)氧，大大提高了優(yōu)質(zhì)鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量;廣泛用于惰性氣體中測(cè)氧，其靈敏度和測(cè)氧范圍非其它氧量計(jì)可比。本文從理論分折和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面闡述了上述問(wèn)題。氧化鋯傳感器的主要應(yīng)用可歸納為以下五個(gè)方面:
1.煙氣測(cè)氧:主要用于發(fā)電廠、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、輕紡印染廠、食品加工廠、等企業(yè)。
2.汽車(chē)尾氣測(cè)量:目前主要用于載人的小汽車(chē)和轎車(chē)等。
3.鋼液測(cè)氧:主要用于鋼鐵公司和煉銅廠等冶煉企業(yè)。
4.惰性氣體測(cè)氧:主要用于鋼鐵公司、空分廠、化肥廠和電子企業(yè)等。
5.物化研究:主要用于高溫氧化還原反應(yīng)中熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定。
氧化鋯分析儀由轉(zhuǎn)換器和檢測(cè)器（俗稱(chēng)氧探頭）組成，在檢測(cè)器的核心元件氧化鋯濃差電池上，采用了納米材料和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，在電極涂層上添加抑制電極老化的添加劑。大大提高了氧化鋯測(cè)量探頭的精度和使用壽命。檢測(cè)器采用直插式探頭結(jié)構(gòu)，不需取樣系統(tǒng)，能及時(shí)反映鍋爐內(nèi)燃燒狀況，如與自控裝置配合使用，可有效地控制燃燒狀況。轉(zhuǎn)換器采用單片機(jī)智能化設(shè)計(jì)，漢字液晶顯示，使數(shù)據(jù)顯示、功能控制更具有人性化；可與各類(lèi)型DCS數(shù)據(jù)接入設(shè)備連接。使儀表的操作變的簡(jiǎn)單，容易掌握。具有以下特點(diǎn)：
1. 通用性較強(qiáng)，可以直接替換其它廠家氧量分析儀。
2. 大屏幕藍(lán)底白字ＬＣＤ顯示。
3. 全中文操作菜單(出口產(chǎn)品可以提供英文菜單)。
4. 氧量量程0.01-25.00％內(nèi)自由設(shè)定（低量程0-5%）。
5. 溫度采用ＰＩＤ控溫，恒溫點(diǎn)７００℃和７５０℃（可現(xiàn)場(chǎng)選擇）。
6. 可設(shè)置氧量上、下限報(bào)警指示，溫度上、下限報(bào)警指示。
7. 本底電勢(shì)一鍵校正。
8. 可用標(biāo)準(zhǔn)氣在線校準(zhǔn)。
9. 4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出與主電路光電隔離，可直接遠(yuǎn)傳進(jìn)入DCS系統(tǒng)。
10. 多種故障信息提示。
二、工作原理
氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類(lèi)電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱(chēng)為基體，Y2O3稱(chēng)為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本w，因此純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以當(dāng)在ZrO2中摻人一定量的穩(wěn)定劑Y2O3時(shí)，由于Y3+置換了Zr4+的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴，另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體，因此又稱(chēng)它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上分析，穩(wěn)定氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的良好導(dǎo)體。
典型的氧化鋯傳感器是
Pt,P''O2│ZrO2·Y2O3│P'O2,Pt
在上述電池中，Pt表示兩個(gè)鉑電極，它是涂制在氧化鋯電解質(zhì)的兩邊，兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體分別通過(guò)電解質(zhì)的兩邊。作為氧傳感器，其中P''O2是參比氣，例如通人空氣(20.6%O2)，P'O2是待測(cè)氣，例如通入煙氣。在高溫下，由于氧化鋯電解質(zhì)是良好的氧離子導(dǎo)體，上述電池便是一個(gè)典型的氧濃差電池。
在高溫下(650---850℃)，氧就會(huì)從分壓大的P''O2一側(cè)向分壓小的P'O2側(cè)擴(kuò)散，這種擴(kuò)散，不是氧分子透過(guò)氧化鋯從P''O2側(cè)到P'O2側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過(guò)氧化鋯的過(guò)程。在750℃左右的高溫中，在鉑電極的催化作用下，在電池的P''O2側(cè)發(fā)生還原反應(yīng)，一個(gè)氧分子從鉑電極取得4個(gè)電子，變成兩個(gè)氧離子(O2-)進(jìn)入電解質(zhì)，即:O2(P''O2)+4e→2O2-
P''O2側(cè)鉑電極由于大量給出電子而帶正電，成為氧濃差電池的正極或陽(yáng)極。這些氧離子進(jìn)入電解質(zhì)后，通過(guò)晶體中的空穴向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)右側(cè)的鉑電極，在電池的P'O2側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在鉑電極上釋放電子并結(jié)合成氧分子析出，即:
2O2--4e→O2(P'O2)
P'O2側(cè)鉑電極由于大量得到電子而帶負(fù)電，成為氧濃差電池的負(fù)極或陰極。這樣在兩個(gè)電極上，由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢(shì)，稱(chēng)之為氧濃差電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)極上的電子就會(huì)通過(guò)外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過(guò)。
其池電勢(shì)由能斯特方程給出:
E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)
式中R為氣體常數(shù)，T為電池的熱力學(xué)溫度(K)，F(xiàn)為法拉第常數(shù).(1)式是在理想狀態(tài)下導(dǎo)出的， 必須具有四個(gè)條件:(1)兩邊的氣體均為理想氣體;(2)整個(gè)電池處于恒溫恒壓系統(tǒng)中;(3)濃差電池是可逆的;(4)電池中不存在任何附加電勢(shì)。因此稱(chēng)(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見(jiàn)由于參比氣氧含量P''O2是已知的，因此測(cè)得E值后便可求得待測(cè)氣體氧含量P'O2值。
當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為:
E=48.26lg(P''O2/P'O2)
由上式，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(shì)E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)另一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測(cè)氧原理。
三、 技術(shù)指標(biāo)
量程： 0.01～25.00%O2(量程從5.00％－25.00％內(nèi)自由設(shè)置）
輸出信號(hào)： 4 ～20mA 負(fù)載電阻≤500Ω 隔離
重復(fù)性： 滿量程的±0.5%
基本誤差： ≤±1%（滿量程）
穩(wěn)定性： ≤±1%（儀器連續(xù)檢定4h）
響應(yīng)時(shí)間： 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體從檢測(cè)器入口引入時(shí)計(jì)，5秒內(nèi)達(dá)到90%的響應(yīng)
環(huán)境溫度： 檢測(cè)器 -10℃～80℃ 轉(zhuǎn)換器 0℃～40℃
電源及功耗：電源220±10%VAC，功耗大為150W
樣氣溫度： ≤700℃（700℃以上協(xié)商供貨）
樣氣壓力范圍：±10KPa
檢測(cè)器長(zhǎng)度： 0.4m;0.8m;1.0m;1.2m；（其他長(zhǎng)度可根據(jù)用戶(hù)要求生產(chǎn)）
四、 轉(zhuǎn)換器安裝尺寸
盤(pán)裝橫式表：外形尺寸160*80mm*250mm，開(kāi)孔尺寸152*76mm
盤(pán)裝豎式表：外形尺寸80*160mm*250mm，開(kāi)孔尺寸76*152mm
盤(pán)裝方式表：外形尺寸160*160*150mm，開(kāi)孔尺寸152*152mm
盤(pán)裝方式表：外形尺寸144*144*150mm，開(kāi)孔尺寸138*138mm
墻掛式表： 外形尺寸260*200*100mm
五、壁掛式盤(pán)裝式氧化鋯氧量分析儀配套檢測(cè)器（探頭）的構(gòu)造
檢測(cè)器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱爐、熱電偶、氣體導(dǎo)管、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，提高使用壽命。對(duì)高粉塵的檢測(cè)環(huán)境，為達(dá)到更好的過(guò)濾效果，加裝了多孔陶瓷過(guò)濾器。
檢測(cè)器內(nèi)的氧化鋯管是核心元件 ，屬陶瓷易碎品，運(yùn)輸和安裝使用過(guò)程中應(yīng)避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。檢測(cè)器內(nèi)加熱爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度，為延長(zhǎng)加熱爐的壽命，在工藝上作了特殊的處理。因檢測(cè)器本身帶有加熱裝置，從而在低于700℃的環(huán)境中能正常工作。
六、 安裝注意事項(xiàng)
※注意: 新建爐膛或煙道要等幾次烘爐干燥后再安裝氧探頭，否則，過(guò)于潮濕的煙氣可能降低新探頭使用壽命。
※注意：鋯頭信號(hào)線、電偶導(dǎo)線要與加熱器線分開(kāi)走線。
