氧化鋯氧量計

安徽吉帆儀表有限公司專注于氧化鋯氧量分析儀、變送器、壓力表、流量計、水位計、雙金屬溫度計、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；實驗室成套的設(shè)計、研發(fā)；傳感設(shè)備、測量系統(tǒng)、氣體檢測及分析設(shè)備、輸配電控制設(shè)備及系統(tǒng)銷售；電氣成套設(shè)備、環(huán)保設(shè)備及材料、建筑材料、電纜光纜、實驗設(shè)備、安防產(chǎn)品、會議音響工程、多媒體展廳工程的設(shè)計、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)于廣大用戶朋友。

氧化鋯氧量計

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測氧的傳敢器。它是本世紀6O年代才興起的。屬于固體離子學(xué)中一個重要應(yīng)用方面.這類氧傳感器已在國內(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;廣泛用于汽車尾氣測量，明顯地改善了城市環(huán)境污染;廣泛用于鋼液測氧，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氧，其靈敏度和測氧范圍非其它氧量計可比。本文從理論分折和實際應(yīng)用兩個方面闡述了上述問題。氧化鋯傳感器的主要應(yīng)用可歸納為以下五個方面:
1.煙氣測氧: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.汽車尾氣測量:目前主要用于載人的小汽車和轎車等。
3.鋼液測氧: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)和動力學(xué)參數(shù)測定。

氧化鋯氧量計由轉(zhuǎn)換器和檢測器（俗稱氧探頭）組成，在檢測器的核心元件氧化鋯濃差電池上，采用了納米材料和先進的生產(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量探頭的精度和使用壽命。檢測器采用直插式探頭結(jié)構(gòu)，不需取樣系統(tǒng)，能及時反映鍋爐內(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)換器采用單片機智能化設(shè)計，漢字液晶顯示，使數(shù)據(jù)顯示、功能控制更具有人性化；可與各類型DCS數(shù)據(jù)接入設(shè)備連接。使儀表的操作變的簡單，容易掌握。具有以下特點：

   1. 通用性較強，可以直接替換其它廠家氧量分析儀。

   2. 大屏幕藍底白字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（量程0-5%）。

   5. 溫度采用ＰＩＤ控溫，恒溫點７００℃和７５０℃（可現(xiàn)場選擇）。

   6. 可設(shè)置氧量上、下限報指示，溫度上、下限報指示。

   7. 本底電勢一鍵校正。

   8. 可用標準氣在線校準。

   9.  4-20mA標準電流輸出與主電路光電隔離，可直接遠傳進入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。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩(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。所以當在ZrO2中摻人一定量的穩(wěn)定劑Y2O3時，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，上述電池便是一個典型的氧濃差電池。
在高溫下(650---850℃)，氧就會從分壓大的P''O2一側(cè)向分壓小的P'O2側(cè)擴散，這種擴散，不是氧分子透過氧化鋯從P''O2側(cè)到P'O2側(cè)，而是氧分子離解成氧離子后，通過氧化鋯的過程。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)，一個氧分子從鉑電極取得4個電子，變成兩個氧離子(O2-)進入電解質(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極。這些氧離子進入電解質(zhì)后，通過晶體中的空穴向前運動到達右側(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電，成為氧濃差電池的負極或陰極。這樣在兩個電極上，由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電動勢。當用導(dǎo)線將兩個電極連成電路時，負極上的電子就會通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過。
其池電勢由能斯特方程給出:
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， 必須具有四個條件:(1)兩邊的氣體均為理想氣體;(2)整個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。因此稱(1)式為氧化鋯傳感器的理論方程。由(1)式可見由于參比氣氧含量P''O2是已知的，因此測得E值后便可求得待測氣體氧含量P'O2值。
當電池工作溫度固定于700℃時，上式為:
E=48.26lg(P''O2/P'O2)
由上式，在溫度700℃時，當固體電介質(zhì)一側(cè)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(zhì)另一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理。

三、 技術(shù)指標

     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： 4 ～20mA 負載電阻≤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)時間： 當標準氣體從檢測器入口引入時計，5秒內(nèi)達到90%的響應(yīng)

     環(huán)境溫度： 檢測器 -10℃～80℃   轉(zhuǎn)換器 0℃～40℃

     電源及功耗：電源220±10%VAC，功耗為150W

     樣氣溫度：   ≤700℃（700℃以上協(xié)商供貨）

     樣氣壓力范圍：±10KPa

     檢測器長度：  0.4m;0.8m;1.0m;1.2m；（其他長度可根據(jù)用戶要求生產(chǎn)）

四、 轉(zhuǎn)換器安裝尺寸

   盤裝橫式表：外形尺寸160*80mm*250mm，開孔尺寸152*76mm

   盤裝豎式表：外形尺寸80*160mm*250mm，開孔尺寸76*152mm

   盤裝方式表：外形尺寸160*160*150mm，開孔尺寸152*152mm

   盤裝方式表：外形尺寸144*144*150mm，開孔尺寸138*138mm

   墻掛式表：  外形尺寸260*200*100mm

五、壁掛式盤裝式氧化鋯氧量分析儀配套檢測器（探頭）的構(gòu)造

       檢測器由防塵裝置、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。整個裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)，以增加整個裝置的密封性能，提高使用壽命。對高粉塵的檢測環(huán)境，為達到更好的過濾效果，加裝了多孔陶瓷過濾器。

       檢測器內(nèi)的氧化鋯管是核心元件 ，屬陶瓷易碎品，運輸和安裝使用過程中應(yīng)避免劇烈震動，以免損壞。檢測器內(nèi)加熱爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度，為延長加熱爐的壽命，在工藝上作了特殊的處理。因檢測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

※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，過于潮濕的煙氣可能降低新探頭使用壽命。

※注意：鋯頭信號線、電偶導(dǎo)線要與加熱器線分開走線。