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氧化锆氧量分析仪的工作原理

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摘要:氧化锆氧量分析仪的工作原理
按检测方式的不同,氧化锆氧探头分为两大类:采样检测式氧探头及直插式氧探头。

采样检测式氧探头

采样检测方式是通过导引管,将被测气体导入氧化锆检测室,再通过加热元件把氧化锆加热到工作温度(750℃以上)。氧化锆一般采用管状,电极采用多孔铂电极。其优点是不受检测气体温度的影响,通过采用不同的导流管可以检测各种温度气体中的氧含量,这种灵活性被运用在许多工业在线检测上。其缺点是反应时间慢;结构复杂,容易影响检测精度;在被检测气体杂质较多时,采样管容易堵塞;多孔铂电极容易受到气体中的硫,砷等的腐蚀以及细小粉尘的堵塞而失效;加热器一般用电炉丝加热,寿命不长。

在被检测气体温度较低(0℃~650℃),或被测气体较清洁时,适宜采样式检测方式,如制氮机测氧,实验室测氧等。

直插检测式氧探头

直插式检测是将氧化锆直接插入高温被测气体,直接检测气体中的氧含量,这种检测方式适宜被检测气体温度在700℃~1150℃时(特殊结构还可以用于1400℃的高温),它利用被测气体的高温使氧化锆达到工作温度,不需另外用加热器。直插式氧探头的技术关键是陶瓷材料的高温密封和电极问题。

由于需要将氧化锆直接插入检测气体中,对氧探头的长度有较高要求,其有效长度在500mm~1000mm左右,特殊的环境长度可达1500mm。且检测精度,工作稳定性和使用寿命都有很高的要求,因此直插式氧探头很难采用传统氧化锆氧探头的整体氧化锆管状结构,而多采取技术要求较高的氧化锆和氧化铝管连接的结构。密封性能是这种氧化锆氧探头的最关键技术之一。目前国际上最先进的连接方式,是将氧化锆与氧化铝管永久的焊接在一起,其密封性能极佳,与采样式检测方式比,直插式检测有显而易见的优点:氧化锆直接接触气体,检测精度高,反应速度快,维护量较小。氧化锆氧传感器示意图

当测量烟气温度高于700℃时,传感器组成中省去加热器和测温热电偶。

在理想状态下,当被测烟气与参比气浓度一样时,其输出电势E值为0mV,但在实际应用中,锆管实际条件和现场情况均不是理想状态。故事实上的锆管是偏离此值的。实际上,一定氧含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和,我们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势,此值的大小又在不同温度下呈不同的值,并且随锆管使用期延长而变化。因此,如不对此情况处理,会严重影响整套测氧仪的准确和探头寿命。

氧化锆氧量分析仪主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度,同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。它又被称为氧化锆氧分析仪,氧化锆分析仪/氧化锆氧量计/氧化锆氧量表。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池,也简称锆头)产生一个毫伏电势,这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。氧传感器的关键部件是氧化锆,在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度,在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪(又称变送器、变送单元、转换器、分析仪)以及它们之间的连接电缆等组成。
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