氧化鋯氧量分析儀(又稱氧化鋯氧分析儀、氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計、氧化鋯氧量表),主要用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度,同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測量。在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學電池(氧濃差電池,也簡稱鋯頭)產(chǎn)生一個毫伏電勢,這個電勢直接反應出煙氣中含氧濃度值。
氧傳感器的關鍵部件是氧化鋯,在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度,在傳感器中設置了加熱器。用氧分析儀內(nèi)的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。
參比氣體應為干燥清潔無油的空氣(含氧20.60%)。在參比氣側與被測氣體側氧濃度不同時,氧離子從高的一側遷移到低的一側。電池輸出就以對數(shù)的規(guī)律反應出被測氣體中的氧濃度值。
氧化鋯氧量分析儀的構成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀(又稱變送器、變送單元、轉(zhuǎn)換器、分析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。
傳感器裝置由不銹鋼外殼、測量電池、加熱器、熱電偶、過濾元件以及電纜接線端子等組成。測量電池本體分為3層:鉑(電極)─氧化鋯(電解質(zhì))─鉑(電極)。鉑電極是多孔性的。煙道氣體通過過濾器或校驗氣體通過傳導管進入測量電池被測氣體一側,而另一側為參比空氣(含氧20.60%)。
兩種含氧濃度不同的氣體作用在測量電池,便產(chǎn)生一個以對數(shù)為規(guī)律的電勢(兩側的氧濃度差愈大,電勢信號愈大)。毫伏信號經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成4-20mA標準電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。
測量電池的工作溫度設置為高于650℃-700℃的恒定溫度,為了保持工作溫度恒定,用一支K型熱電偶測量電池的工作溫度,經(jīng)氧分析儀內(nèi)的溫度控制器調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓。
當測量煙氣溫度高于700℃時,傳感器組成中省去加熱器和測溫熱電偶。
為了使測量電池的工作溫度達到700℃,氧分析儀接受傳感器中的K型熱電偶輸出的溫度mV信號,與微處理器預置溫度(毫伏)相比較,從而控制電池溫度。氧分析儀采用環(huán)境溫度作為熱電偶冷端比較點。
氧分析儀對氧傳感器輸入的氧mV信號進行放大,然后將放大的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)氧分析儀預先校準或者預置的氧傳感器測量電池的特性曲線,微處理器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳难鯘舛戎挡@示在氧分析儀顯示屏上,同時,將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性標準模擬電流信號4-20mA輸出。
氧分析儀在運行中連續(xù)不斷地進行系統(tǒng)自檢,而通過電纜對傳感器進行溫度控制、過熱保護和故障監(jiān)督。若有故障出現(xiàn),在分析儀儀顯示屏上顯示出故障。
對于眾多的工業(yè)過程來說,精確的氧氣測量十分關鍵。這個可以是工業(yè)氣體的純度檢測,可以是手套箱的防泄漏監(jiān)控,也可以是對燃料氣體的較佳燃燒效率的控制。鑒于不同應用的需求往往有很大,各大廠家會提供多種分析儀以確保用戶總可以選擇比較適合的技術方案。
氧化鋯分析儀主要應用于:惰性氣體反應爐或容器、氬氣或氮氣純化、鍋爐或者焚燒爐等的燃燒控制、氣體廠的氣瓶填充和罐裝、艦用惰性氣體發(fā)生器、啤酒行業(yè)的二氧化碳純度檢測、熱處理工業(yè)爐等。
1、投用儀器后,為什么不能立即進行校驗?
答:這是因為:冷機投運24小時內(nèi),指示是不正常的,投用一天后,再用標氣進行校準。這是因為,冷機檢測器或新裝檢測器內(nèi)會存在一些吸附水分或可燃性物質(zhì),熱機后,在高溫下,這些吸附水分蒸發(fā),可燃性物質(zhì)燃燒,會消耗參比側電池中的參比空氣,導致參比空氣的氧含量低于正常值20.6%,會出現(xiàn)檢測器信號偏低,甚至出現(xiàn)負信號,造成測量的氧含量值偏高,甚至大于20.6%的現(xiàn)象,這時的測量值是不準確的。應該等到檢測器內(nèi)部的水分和可燃性物質(zhì)被新鮮空氣置換干凈后,才能使測量準確。所以,氧化鋯檢測器至少需要熱機一天以上才能進行校準。
2、為什么需要定期對分析儀進行校準?
答:氧化鋯分析儀在使用過程中存在許多干擾因素,如鋯管的老化、積灰、SO2和SO3對電極的腐蝕等。運行一段時間后,儀器的性能會逐漸變化,給測量帶來誤差,因此必須定期對儀器進行校準!校準周期通常為1…3個月,這要看儀器的使用環(huán)境和使用情況而定。
校準時,不能使用純N2作為零點氣,通常零點氣應為滿量程的10%;量程氣是滿量程的90%;BYG現(xiàn)場采用的是干燥空氣作為量程氣;零點氣則采用100PPMO2,這是考慮到,零點100PPM以下,標氣誤差對儀器的影響太大且校驗吹掃時間太長,又不易吹到位;測量值采用測量線性的下延線。實踐證明,我們的選擇是明確而有效的!
3、為什么儀器不要輕易開關?
答:原因有二:一是由于氧化鋯管是一根陶瓷管,雖然有一定的抗熱振性能,但在停開過程中,因急冷、急熱等溫變大而可能導致鋯管斷裂,因此,可以少做一些無謂的停開操作;二是涂敷在鋯管上的鉑電極與氧化鋯管間的熱膨脹系數(shù)不一致,使用一段時間后,容易在開停過程中產(chǎn)生脫落現(xiàn)象,導致探頭內(nèi)阻變大,甚至損壞檢測器。停機要慎重!
4、如何建立儀器檔案?
答:通常一臺新儀器到貨,我們就會給它一個位號,以此位號為主題就可以將儀器的所處位置,進廠日期、儀器序號等相關數(shù)據(jù)記錄在案,同時,將儀器的運行狀況、維護情況、校驗及故障信息、部件更換一一記錄下來。日積月累,效果很驚人!
5、檢測器恒溫的判斷
答:進入菜單,檢查檢測器溫度與電壓是否一致,這有助于判斷加熱和溫控系統(tǒng)是否正常。當檢測器溫度遠高于恒定溫度,則說明熱電偶斷路。因為轉(zhuǎn)換器內(nèi)設有斷偶保護電路,一旦熱電偶斷路,它將產(chǎn)生一個毫伏信號代替熱電偶信號,使檢測器溫度顯示偏高,并使加熱電源斷開以保護檢測器不至于燒壞。此時,雖然溫度超高,實際上電爐并未加熱,測量熱偶兩端電阻(必須斷開引線)可以證實這一點,熱電偶正常電阻應小于20歐姆。
若檢查了發(fā)現(xiàn)溫度低于恒定值,這應考慮加熱沒進行或加熱絲斷或溫控系統(tǒng)故障與損壞。
6、測量值偏高
前段因素不考慮,首先要考慮檢測器入口漏氣;儀器長期未校準或校準不當。
7、測量值偏低
儀器示校準或需要校準;
樣品氣中含有可燃性氣體;
放空管線背壓大;
8、測量值波動大
檢測器老化,內(nèi)阻大、電極接觸不良;
樣品氣中有濕度大或有水滴,在檢測器內(nèi)氣化;
9、測量值極限漂移,信號超量程
檢測器有部件損壞,如鋯管斷裂、電極引線開路、檢測器老化、溫度補償電阻斷裂(氧含量100%);
10、探頭老化的原因和癥狀
通常我們所指的探頭老化是指氧化鋯檢測器的老化,主要表現(xiàn)在內(nèi)阻升高和本底電勢增大這兩項上:
?、賰?nèi)阻升高
實際運用中,探頭老化引起的內(nèi)阻增大較多。內(nèi)阻是指信號線兩端間的輸入電阻,它是引線電阻、電極與氧化鋯間界面電阻及氧化鋯體積電阻三部分之和,因此,電極揮發(fā)、電極脫落和氧化鋯電解質(zhì)的反穩(wěn)(由穩(wěn)定氧化鋯變?yōu)椴环€(wěn)定氧化鋯),都將引起內(nèi)阻升高。測量檢測器內(nèi)阻,可以判斷其老化情況。根據(jù)經(jīng)驗,當內(nèi)阻增大到接近其使用極限時,將出現(xiàn)信號大跳動現(xiàn)象,有些反應為響應遲緩的現(xiàn)象。對于這些檢測器,其本底電勢不一定很大。
②本底電勢增大
本底電勢是電池附加電勢。引起本底電勢增大的因素有兩種:一種屬于永存因素,它寄生的電池上,如SO2和SO3的腐蝕作用、電池不對稱因素;另一種屬于暫存因素,如電極各灰、空氣對流差等因素,一旦條件改善,本底電勢便可降低。
本底電勢的變大,往往反映檢測器的老化程度,當E0值超過分析儀的最大調(diào)節(jié)量時,就說明檢測器已經(jīng)損壞。
舉個例子:
一個氧化鋯,出廠時的E0為-5mV,其允許變化范圍為0…-30mV,使用半年后,變?yōu)?13mV;使用18個月后變?yōu)椋?29mV;這種情況就表明,此檢測器已經(jīng)老化,需要更換。
需要注意的是,有些檢測器的老化表現(xiàn)在本底電勢變大上,而有些檢測器雖然老化,但卻沒有這種現(xiàn)象,所以我們需要認真分析對待。當本底電勢變大的原因是由暫存因素引起時,隨著使用時間的推移,則有可能出現(xiàn)本底電勢先變大,再變小的現(xiàn)象。
由于本底電勢增大而導致探頭老化的數(shù)量比內(nèi)阻增大數(shù)量要少,單純本底增大,一般不會出現(xiàn)信號跳動大的現(xiàn)象。
11、注意事項
?、傩枰獙悠窔膺M行控壓處理,通常進儀器壓力不得大于0.05MPA;
?、跇藲舛伪磔敵鰤翰坏么笥?.30MPA;
?、圻M入儀器的所有氣路管線都必須經(jīng)過嚴格的查漏,且此項工作在儀器正常工作時,每半年還必須進行一次系統(tǒng)查漏;
?、軞饴愤M儀器前,必須經(jīng)過物理過濾器,10u;發(fā)現(xiàn)氣阻現(xiàn)象,可先行檢查過濾網(wǎng)(過濾器);
?、荻ㄆ谇鍧嵎治鰞x風扇過濾網(wǎng),每季度一次;環(huán)境惡劣,需要經(jīng)常清理,以防止因通風不暢而導致的儀器過熱現(xiàn)象;
?、迌x器的安裝部位應當水平,遠離振動源;以防止檢測器不水平,而造成的樣品對流不均所引起的誤差;
⑦分析儀周圍環(huán)境要求通風良好,切忌密閉空間,因氧量不均衡而引起的測量誤差;
?、喾治鰞x周圍切忌有可燃性氣體,這會嚴重影響檢測器的準確測量;
⑨由于檢測是在高溫下操作,若待測氣體中含有H2和CO、CH4時,此物質(zhì)會與氧發(fā)生反應,消耗部分氧,氧濃度降低,引起測量誤差。所以儀器在測量含有可燃性物質(zhì)的氣體時應相應考慮此項因素,以避免測量失準。
?、猱敎y量含有腐蝕性氣體時,應先用活性炭過濾。
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