氧化鋯分析儀的系統(tǒng)概述

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(jì)、氧化鋯氧量表)，主要用于測(cè)量燃燒過(guò)程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測(cè)量。在傳感器內(nèi)溫度恒定的電化學(xué)電池(氧濃差電池，也簡(jiǎn)稱鋯頭)產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)直接反應(yīng)出煙氣中含氧濃度值。

氧傳感器的關(guān)鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內(nèi)外兩側(cè)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(shè)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。

在額定的溫度下，電池輸出電勢(shì)用下面的公式計(jì)算（Nernst方程）：

式中Ｐ1──在電池內(nèi)側(cè)參比氣體(如空氣)的氧分壓；
Ｐ2──在電池外側(cè)被測(cè)氣體(如煙氣)的氧分壓；
Ｒ-----氣體常數(shù)；
Ｆ-----法拉第常數(shù)；
Ｔ-----絕對(duì)溫度=( 273 + t ℃)；
Ｃ-----電池常數(shù)。

參比氣體應(yīng)為干燥清潔無(wú)油的空氣( 含氧20.60％ )。在參比氣側(cè)與被測(cè)氣體側(cè)氧濃度不同時(shí)，氧離子從高的一側(cè)遷移到低的一側(cè)。電池輸出就以對(duì)數(shù)的規(guī)律反應(yīng)出被測(cè)氣體中的氧濃度值。

2 系統(tǒng)組成

氧化鋯氧量分析儀的構(gòu)成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測(cè)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。

2.1 氧傳感器

傳感器裝置由不銹鋼外殼、測(cè)量電池、加熱器、熱電偶、過(guò)濾元件以及電纜接線端子等組成。測(cè)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(guò)過(guò)濾器或校驗(yàn)氣體通過(guò)傳導(dǎo)管進(jìn)入測(cè)量電池被測(cè)氣體一側(cè)，而另一側(cè)為參比空氣(含氧20.60％)。

兩種含氧濃度不同的氣體作用在測(cè)量電池，便產(chǎn)生一個(gè)以對(duì)數(shù)為規(guī)律的電勢(shì)(兩側(cè)的氧濃度差愈大, 電勢(shì)信號(hào)愈大)。毫伏信號(hào)經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成4－20mA標(biāo)準(zhǔn)電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。

測(cè)量電池的工作溫度設(shè)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(cè)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(dāng)測(cè)量煙氣溫度高于700℃時(shí)，傳感器組成中省去加熱器和測(cè)溫?zé)犭娕肌?

2.2 氧分析儀

為了使測(cè)量電池的工作溫度達(dá)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(hào)，與微處理器預(yù)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(diǎn)。

氧分析儀對(duì)氧傳感器輸入的氧mV信號(hào)進(jìn)行放大，然后將放大的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)氧分析儀預(yù)先校準(zhǔn)或者預(yù)置的氧傳感器測(cè)量電池的特性曲線，微處理器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氧濃度值并顯示在氧分析儀顯示屏上，同時(shí)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性標(biāo)準(zhǔn)模擬電流信號(hào)4－20 mA輸出。

氧分析儀在運(yùn)行中連續(xù)不斷地進(jìn)行系統(tǒng)自檢，而通過(guò)電纜對(duì)傳感器進(jìn)行溫度控制、過(guò)熱保護(hù)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。(end)