? ? ? ?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、爐膛工業電視系統、汽包水位監視系統生產加工；實驗室成套的設計、研發；傳感設備、測量系統、氣體檢測及分析設備、輸配電控制設備及系統銷售；電氣成套設備、環保設備及材料、建筑材料、電纜光纜、實驗設備、安防產品、會議音響工程、多媒體展廳工程的設計、施工。公司本著以質量求生存，以質量求發展，向質量要效益的原則服務于廣大用戶朋友。

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。屬于固體離子學中一個重要應用方面.這類氧傳感器已在國內外廣泛用于工業爐窯優化燃燒，產生了顯著的節能效果;廣泛用于汽車尾氣測量，明顯地改善了城市環境污染;廣泛用于鋼液測氧，大大提高了優質鋼的質量和產量;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用兩個方面闡述了上述問題。氧化鋯傳感器的主要應用可歸納為以下五個方面:
1.煙氣測氧:主要用于發電廠、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、輕紡印染廠、食品加工廠、等企業。
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。
4.惰性氣體測氧:主要用于鋼鐵公司、空分廠、化肥廠和電子企業等。
5.物化研究:主要用于高溫氧化還原反應中熱力學和動力學參數測定。

??? ? ?氧化鋯氧量計由轉換器和檢測器（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構，不需取樣系統，能及時反映鍋爐內燃燒狀況，如與自控裝置配合使用，可有效地控制燃燒狀況。轉換器采用單片機智能化設計，漢字液晶顯示，使數據顯示、功能控制更具有人性化；可與各類型DCS數據接入設備連接。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(出口產品可以提供英文菜單)。

? ?4. 氧量量程0.01-25.00％內自由設定（量程0-5%）。

???5. 溫度采用ＰＩＤ控溫，恒溫點７００℃和７５０℃（可現場選擇）。

? ?6. 可設置氧量上、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。

? ?10. 多種故障信息提示。

二、工作原理

? ? ? 氧化鋯傳感器的核心構件是氧化鋯固體電解質，氧化鋯固體電解質是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物組成，其中，ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當它冷卻后又變為單斜晶體，因此純氧化鋯的晶型是不穩定的。所以當在ZrO2中摻人一定量的穩定劑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部應力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體，因此又稱它為穩定氧化鋯。據上分析，穩定氧化鋯在高溫下(650℃以上)是氧離子的良好導體。

? ? ??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的兩邊，兩種氧分壓為P''O2和P'O2的氣體分別通過電解質的兩邊。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，由于氧化鋯電解質是良好的氧離子導體，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''O2一側向分壓小的P'O2側擴散，這種擴散，不是氧分子透過氧化鋯從P''O2側到P'O2側，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側發生還原反應，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，即:O2(P''O2)+4e→2O2-

? ? ? ?P''O2側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后，通過晶體中的空穴向前運動到達右側的鉑電極，在電池的P'O2側發生氧化反應，氧離子在鉑電極上釋放電子并結合成氧分子析出，即:
2O2--4e→O2(P'O2)
? ? ? P'O2側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，T為電池的熱力學溫度(K)，F為法拉第常數.(1)式是在理想狀態下導出的， 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，當固體電介質一側氧分壓為空氣(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另一側氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理。

三、 技術指標

? ? ?量程： ????0.01～25.00%O2(量程從5.00％－25.00％內自由設置）

?????輸出信號： 4 ～20mA 負載電阻≤500Ω 隔離

?????重復性： ??滿量程的±0.5%

?????基本誤差： ≤±1%（滿量程）

?????穩定性： ??≤±1%（儀器連續檢定4h）

?????響應時間： 當標準氣體從檢測器入口引入時計，5秒內達到90%的響應

?????環境溫度： 檢測器 -10℃～80℃ ??轉換器 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；（其他長度可根據用戶要求生產）

四、 轉換器安裝尺寸

? ?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）的構造

? ? ? ?檢測器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱爐、熱電偶、氣體導管、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構，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避免劇烈震動，以免損壞。檢測器內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、電偶導線要與加熱器線分開走線。

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