氧化鋯氧分析儀測量原理

1 測量基理

   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(xué)電池(氧濃差電池，也簡稱鋯頭)產(chǎn)生一個(gè)毫伏電勢，這個(gè)電勢直接反應(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，電池輸出電勢用下面的公式計(jì)算（Nernst方程）：

　　　　　　　 ＲＴ　 ?。?

　　　　ｍＶ＝------Ｌｎ--- ＋Ｃ

４Ｆ　 　Ｐ2

式中?。?──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-----絕對溫度=( 273 + t ℃)；

Ｃ-----電池常數(shù)。

   參比氣體應(yīng)為干燥清潔無油的空氣( 含氧20.60％ )。在參比氣側(cè)與被測氣體側(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)。電池輸出就以對數(shù)的規(guī)律反應(yīng)出被測氣體中的氧濃度值。

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

   傳感器裝置由金屬外殼、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(yàn)氣體通過傳導(dǎo)管進(jìn)入測量電池被測氣體一側(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量電池，便產(chǎn)生一個(gè)以對數(shù)為規(guī)律的電勢(兩側(cè)的氧濃度差愈大, 電勢信號(hào)愈大)。毫伏信號(hào)經(jīng)氧分析儀轉(zhuǎn)換成0—10mA或4－20mA標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置為高于650℃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(dāng)測量煙氣溫度高于700℃時(shí)，傳感器組成中省去加熱器和測溫?zé)犭娕肌?/p>

2.2 氧分析儀

   為了使測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 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)0—10mA或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，而通過電纜對傳感器進(jìn)行溫度控制、過熱保護(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。