氧化锆氧分(fēn)析儀測量原理

1 測量基理

   氧化锆氧量分(fēn)析儀(又(yòu)稱氧化锆氧分(fēn)析儀、氧化锆分(fēn)析儀、氧化锆氧量計、氧化锆氧量表)，主要用于測量燃燒過程中(zhōng)煙氣的含氧濃度，同樣也适用于非燃燒氣體(tǐ)氧濃度測量。在傳感器内溫度恒定的電化學電池(氧濃差電池，也簡稱锆頭)産生(shēng)一(yī)個毫伏電勢，這個電勢直接反應出煙氣中(zhōng)含氧濃度值。

   氧傳感器的關鍵部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外(wài)兩側塗上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。爲了使電池保持額定的工(gōng)作溫度，在傳感器中(zhōng)設置了加熱器。用氧分(fēn)析儀内的溫度控制器控制氧化锆溫度恒定。

   在額定的溫度下(xià)，電池輸出電勢用下(xià)面的公式計算（Nernst方程）：

　　　　　　　 ＲＴ　 　Ｐ1

　　　　ｍＶ＝------Ｌｎ--- ＋Ｃ

４Ｆ　 　Ｐ2

式中(zhōng)　Ｐ1──在電池内側參比氣體(tǐ)(如空氣)的氧分(fēn)壓；

Ｐ2──在電池外(wài)側被測氣體(tǐ)(如煙氣)的氧分(fēn)壓；

Ｒ-----氣體(tǐ)常數；

Ｆ-----法拉第常數；

Ｔ-----絕對溫度=( 273 + t ℃)；

Ｃ-----電池常數。

   參比氣體(tǐ)應爲幹燥清潔無油的空氣( 含氧20.60％ )。在參比氣側與被測氣體(tǐ)側氧濃度不同時，氧離(lí)子從高的一(yī)側遷移到低的一(yī)側。電池輸出就以對數的規律反應出被測氣體(tǐ)中(zhōng)的氧濃度值。

2 系統組成

   氧化锆氧量分(fēn)析儀的構成是由氧傳感器(又(yòu)稱氧探頭、氧檢測器)、氧分(fēn)析儀（又(yòu)稱變送器、變送單元、轉換器、分(fēn)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(wài)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(tǐ)分(fēn)爲3層：鉑(電極)─氧化锆(電解質)─鉑(電極)。鉑電極是多孔性的。煙道氣體(tǐ)通過過濾器或校驗氣體(tǐ)通過傳導管進入測量電池被測氣體(tǐ)一(yī)側，而另一(yī)側爲參比空氣(含氧20.60％)。

    兩種含氧濃度不同的氣體(tǐ)作用在測量電池，便産生(shēng)一(yī)個以對數爲規律的電勢(兩側的氧濃度差愈大(dà), 電勢信号愈大(dà))。毫伏信号經氧分(fēn)析儀轉換成0—10mA或4－20mA标準電流。此電流由氧分(fēn)析儀接線端子輸出。

    測量電池的工(gōng)作溫度設置爲高于650℃的恒定溫度, 爲了保持工(gōng)作溫度恒定，用一(yī)支Ｋ型熱電偶測量電池的工(gōng)作溫度，經氧分(fēn)析儀内的溫度控制器調節加熱器的加熱電壓。

當測量煙氣溫度高于700℃時，傳感器組成中(zhōng)省去(qù)加熱器和測溫熱電偶。

2.2 氧分(fēn)析儀

   爲了使測量電池的工(gōng)作溫度達到700℃，氧分(fēn)析儀接受傳感器中(zhōng)的Ｋ型熱電偶輸出的溫度mV信号，與微處理器預置溫度(毫伏)相比較，從而控制電池溫度。氧分(fēn)析儀采用環境溫度作爲熱電偶冷端比較點。

氧分(fēn)析儀對氧傳感器輸入的氧mV信号進行放(fàng)大(dà)，然後将放(fàng)大(dà)的電壓信号經過 A/D轉換器轉換爲數字信号。根據氧分(fēn)析儀預先校準或者預置的氧傳感器測量電池的特性曲線，微處理器将數字信号轉變爲相應的氧濃度值并顯示在氧分(fēn)析儀顯示屏上，同時，将數字信号轉變爲線性标準模拟電流信号0—10mA或4－20 mA輸出。

    氧分(fēn)析儀在運行中(zhōng)連續不斷地進行系統自檢，而通過電纜對傳感器進行溫度控制、過熱保護和故障監督。若有故障出現，在分(fēn)析儀儀顯示屏上顯示出故障。