HCZO-III型直插式氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀是在總結(jié)國(guó)內(nèi)外多年研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后，研制成功的新型氧量分析儀，適用于分析各種工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧量。它的主要特點(diǎn)是氧探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉑電極的化學(xué)配方、制作工藝充分考慮了被測(cè)爐氣組分極端復(fù)雜這一特點(diǎn)，可保證氧探頭在水平直插條件下應(yīng)用時(shí)具有足夠長(zhǎng)的壽命。而其信號(hào)轉(zhuǎn)換部分以單片微處理器為，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)儀表大部分功能，硬件配置重點(diǎn)強(qiáng)化儀表的抗干擾措施。
從提高氧量測(cè)量值可靠性入手，延長(zhǎng)氧探頭的連續(xù)使用壽命，并使儀表具備與氧探頭要求相適應(yīng)的自診斷功能及抗干擾能力。本儀表在改進(jìn)氧化鋯的配方和完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)智能化等方面有較大改進(jìn)，具體內(nèi)容如下：
⑴ 改進(jìn)氧化鋯的配方和燒制工藝，使其具有較高的電導(dǎo)率和致密度。
⑵ 多孔性鉑電極的化學(xué)配方及制作工藝可保證氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有足夠的使用壽命。
（3）儀表具有多種線性量程選擇。
（4）儀表溫度控制系統(tǒng)所給出的升溫曲線能滿足氧化鋯材料對(duì)升溫速度的要求。
（5）儀表信號(hào)具有必要的自診斷功能。
1.工作原理
本儀器依據(jù)濃差電池原理構(gòu)成，和其它電池一樣，它具有兩個(gè)半電池，而在兩電極之間，用氧化鋯作固體電介質(zhì)。
在高溫下，當(dāng)氧化鋯兩側(cè)有氧濃差時(shí)，就形成了氧濃差電池，電池電動(dòng)勢(shì)的大小可根據(jù)Nernst公式計(jì)算，即：
式中： E—濃差電池輸出，mV; n—電子轉(zhuǎn)移數(shù)，在此為 4；
R—理想氣體常數(shù)，8.314 W·S／mol； F—法拉第常數(shù)，96500 C；
T—溫度，K； P″O2—高濃度側(cè)氧分壓； P′O2—低濃度側(cè)氧分壓。
當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為：
由上式可知，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，這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測(cè)氧原理。
2.主要技術(shù)參數(shù)
2.1測(cè)量范圍
顯示：0～25.0 %O2：(三位數(shù)字顯示)
模擬量輸出(線性)：0～5.00 %O2，0～10.0 %O2、0～25.0 %O2
2.2測(cè)量：3% (滿量程)
2.3響應(yīng)時(shí)間：＜5S(90%測(cè)量值)
2.4溫度：700±1℃
2.5顯示內(nèi)容：氧濃(O2%)、氧勢(shì)(mV)、爐溫(℃)、加熱電壓（V）、
量程上、下限（O2%）、報(bào)警上、下限（O2%）
2.6鍵盤設(shè)定：探頭零電勢(shì)校正, 報(bào)警上、下限設(shè)定，
2.7自診斷內(nèi)容及故障類別符號(hào)：
E—0 氧量上限 E—1 氧量下限 E—2 溫度異常(高)
E—3 溫度異常(低) E—4 升溫異常(快) E—5 升溫異常(停)
E—6 氧勢(shì)異常 E—7 斷偶
2.8輸出： 0—10mA 或 4—20mA
2.9負(fù)載電阻：0-1.0 kΩ(0-10mA輸出), 0-500Ω(4-20mA輸出)
2.10氧探頭長(zhǎng)度為0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m。
3.使用條件
3.1信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用條件
3.1.1儀器安裝環(huán)境應(yīng)無(wú)易燃、易爆和強(qiáng)腐蝕性氣體，并要求通風(fēng)良好。
3.1.2工作環(huán)境溫度：0-50℃
3.1.3工作環(huán)境濕度：＜90%
3.1.4供電電壓：220V.AC±10% 50Hz
3.1.5功率消耗：＜200W
3.2氧探頭的現(xiàn)場(chǎng)安裝條件
氧探頭的現(xiàn)場(chǎng)安裝場(chǎng)所必須滿足下列條件：
3.2.1避開震動(dòng)場(chǎng)合；
3.2.2要有足夠的工作空間。
3.2.3煙氣溫度和壓力要在儀器規(guī)定范圍內(nèi)。(煙氣溫度<700℃)
4.儀器的組成
整套儀器由氧探頭、信號(hào)轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。
4.1氧探頭
氧探頭由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測(cè)溫?zé)犭娕肌⒔泳€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。
氧化鋯管是該檢測(cè)器的，由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào)，使用時(shí)應(yīng)注意避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。
氧探頭內(nèi)加熱電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)加熱電爐的壽命，在工藝上做了特殊的處理。由于氧探頭本身帶有加熱裝置，因而在低于700℃的環(huán)境中仍能正常工作。
4.2信號(hào)轉(zhuǎn)換器
HCZO-III型氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)小型的測(cè)控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為中央控制系統(tǒng)。
將來(lái)自氧探頭的模擬信號(hào)(氧勢(shì)、熱電勢(shì))分別轉(zhuǎn)換成0-10KHz調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)光電隔離后送至計(jì)算機(jī)，采用調(diào)頻方式能將儀表輸入、輸出相互隔離，這樣就消除了諸如大電流跳變所引起的干擾，能夠克服高共模電壓，因而大大提高了儀表的抗干擾能力。應(yīng)用程序主要由主程序和子程序組成，所有的程序都采用模塊結(jié)構(gòu)編制，便于修改、增加軟件功能，以滿足不同用戶的特殊需要。程序運(yùn)算采用了三位浮點(diǎn)數(shù)，保證了運(yùn)算的，對(duì)氧濃、爐溫的計(jì)算，采用查表線性插值法，對(duì)爐溫的控制采用增量式PID算式控制。信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電氣原理框圖見圖1
斷偶檢測(cè)
計(jì)
算
機(jī) |
電偶 放大 V/F 光隔 整形 三位LED顯示
ZrO2 放大 V/F 光隔 整形 十位鍵盤
輸出 |
電爐 固態(tài)繼電器 光隔過(guò)零檢測(cè) 光隔 F/ I
報(bào)警
氧探頭 信號(hào)轉(zhuǎn)換器
圖1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器電氣原理框圖
5.儀器的安裝
5.1取樣點(diǎn)位置的選擇
選擇取樣點(diǎn)的原則有:
5.1.1所取的氣樣能快速反映工藝狀態(tài)的變化情況，即氣體要具有代表性；
5.1.2取樣點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大；
5.1.3氧探頭插入深度應(yīng)達(dá)到煙道氣流部位，避免死區(qū)；
5.1.4切忌在管道、煙道底部開口取樣；
5.1.5取樣點(diǎn)附近爐堂、煙道應(yīng)無(wú)泄漏，否則將造成測(cè)量誤差；
5.1.6要選擇在易于維護(hù)、檢修的地方。
5.2氧探頭的安裝
氧探頭的安裝參照?qǐng)D3、 圖4、進(jìn)行
預(yù)先加工好帶法蘭的Φ76mm設(shè)備短節(jié)，按要求選好取樣位置(爐壁或管道)，開一個(gè)Φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上，焊接時(shí)要保證焊接處不漏氣。對(duì)帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點(diǎn)位置后，Φ76mm設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)加長(zhǎng)穿過(guò)爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長(zhǎng)度約60mm。必須注意：應(yīng)保證設(shè)備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把氧探頭插入短節(jié)，在短節(jié)法蘭與氧探頭法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個(gè)螺栓，使其不漏氣即可。
注意:由于探頭的參比氣是靠空氣自然對(duì)流提供的,探頭必須水平安裝, 參比氣和標(biāo)準(zhǔn)氣接口相應(yīng)朝下.探頭端部防護(hù)套管的缺口位置(可調(diào)整方向)也應(yīng)垂直向下,以防積灰.
5.3信號(hào)轉(zhuǎn)換器的安裝
信號(hào)轉(zhuǎn)換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm
儀表盤面的開孔尺寸：水平×垂直 152+1×76+1mm
信號(hào)轉(zhuǎn)換器用隨機(jī)配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表保
護(hù)箱內(nèi)。
5.3.1信號(hào)轉(zhuǎn)換器與氧探頭之間的連接
信號(hào)轉(zhuǎn)換器盤裝于控制室,氧探頭安裝于現(xiàn)場(chǎng),它們之間連接線有：氧勢(shì)信號(hào)線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設(shè)、電偶冷端補(bǔ)償導(dǎo)線兩根，采用K分度號(hào)KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)、電爐加熱線兩根，采用RVV2×2.5二芯電纜線敷設(shè)。信號(hào)轉(zhuǎn)換器與氧探頭之間的接線見圖3。
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信號(hào)轉(zhuǎn)換器 氧探頭
電 偶 AD590 報(bào)警 電 爐
鋯 頭 電 偶 電 爐
氧 勢(shì) 4-20mA 報(bào)警 220VAC
圖6 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與氧探頭接線圖
5.3.2接線時(shí)應(yīng)注意下列要求:
5.3.2.1加熱線與信號(hào)線應(yīng)分開穿管；
5.3.2.2鋯管的氧勢(shì)、熱電偶溫度補(bǔ)償信號(hào)線都是具有極性的信號(hào)線，安裝時(shí)應(yīng)注意極性的正確連接。
