ZO系列氧化鋯氧量分析儀使用說明書

1、1概述2儀器測(cè)量原理3儀器主要技術(shù)參數(shù)4儀器簡(jiǎn)介4.1儀器組成4.2各部分簡(jiǎn)介4.2.1 探頭簡(jiǎn)介4.2.2 變送器簡(jiǎn)介4.2.2.3基本設(shè)置5 儀器檢驗(yàn)6儀器安裝6.1 安裝前的準(zhǔn)備6.1.1 探頭安裝位置的選擇 6.1.2 爐體法蘭的焊接6.1.3 現(xiàn)場(chǎng)布線6.2 安裝6.2.1 變送器的安裝6.2.2 探頭的安裝6.3 現(xiàn)場(chǎng)連線7儀器校準(zhǔn)7.1 校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備7.2 校準(zhǔn)方法8儀器日常維護(hù)與常見故障排除 8.1 儀器日常維護(hù)8.2 常見故障的分析與排除 1概述氧化鋯氧分析儀主要用于測(cè)定鍋爐煙氣中的氧分壓即氧氣的體積百分?jǐn)?shù)含 量（簡(jiǎn)稱氧含量或氧量），對(duì)于保障鍋爐運(yùn)行安全、提高燃料燃燒效率及減

2、少環(huán) 境污染將起到重要作用。其應(yīng)用場(chǎng)所主要有：火電廠鍋爐；煉油廠加熱爐和輸油管道加熱爐；冶煉廠加熱爐和均熱爐；化工、輕紡、食品加工、制藥、水泥和采暖等企業(yè)的工業(yè)鍋爐。燃料燃燒效率與空氣過剩系數(shù)密切相關(guān)。在燃燒過程中，當(dāng)空氣過剩系數(shù)太 小即氧量不足時(shí)，由于燃料未充分燃燒而導(dǎo)致熱效率降低， 且排出的未完全燃燒 氣體也將對(duì)導(dǎo)致環(huán)境污染；而當(dāng)空氣過剩系數(shù)太大即氧量過多時(shí)，雖然能使燃料 充分燃燒，但過剩空氣帶走的熱量多， 也導(dǎo)致熱效率降低，同時(shí)過量氧氣使煙氣 中硫化物和氮氧化物含量增大，同樣導(dǎo)致環(huán)境污染。因此， 通過安裝氧化鋯氧分 析儀，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣中的氧含量， 調(diào)節(jié)空氣和燃料的最佳配比，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化燃

3、 燒，在節(jié)能減排與安全環(huán)保等方面具有重要意義。中國(guó)原子能科學(xué)研究院始建于1950年，是中國(guó)核科學(xué)技術(shù)的發(fā)祥地，是以 核科學(xué)為主、多學(xué)科并存的綜合性大型科研基地，是我國(guó)“兩彈一艇”事業(yè)的搖籃 氧化鋯開發(fā)研究室是院下屬的集科研、產(chǎn)品開發(fā)和市場(chǎng)營(yíng)銷為一體的綜合性實(shí) 體，從事氧化鋯測(cè)氧技術(shù)的研究已30余年，編寫了國(guó)內(nèi)本行業(yè)第一本專著：氧 離子固體電解質(zhì)濃差電池與測(cè)氧技術(shù)。該技術(shù)曾先后多次榮獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)及部 科技成果獎(jiǎng)。在這一系列科研成果的基礎(chǔ)上，成功研制出Zo系列氧化鋯氧分析儀。該產(chǎn)品曾在北京國(guó)際博覽會(huì)上獲同類產(chǎn)品最高質(zhì)量獎(jiǎng)，并在全國(guó)氧化鋯氧分析儀行業(yè)質(zhì)量評(píng)比中榮獲一等獎(jiǎng)。2001年，該產(chǎn)品通過IS0

4、9001國(guó)際質(zhì)量體系 認(rèn)證。此后，我院開發(fā)并推出了防硫型、高溫型等多種型號(hào)的氧化鋯氧分析儀, 以滿足不同用戶的需求。2儀器測(cè)量原理ZO系列氧化鋯氧分析儀是利用氧濃差電池原理來測(cè)定氣體中氧含量的電化學(xué)分析儀器。在理想狀態(tài)下，當(dāng)氧化鋯元件達(dá)到工作溫度且內(nèi)外電極表面的氧 含量不相等時(shí)，便構(gòu)成一個(gè)氧濃差電池， 產(chǎn)生電池電動(dòng)勢(shì)，電池電動(dòng)勢(shì)與電極表面氧濃度關(guān)系符合能斯特（NernSt）方程:Ean4FPoP式中:E 濃差電池電動(dòng)勢(shì)，mV ；R 氣體常數(shù)，8.3145 JmOlTK-1;F 法拉第常數(shù)，96485.309 C mol-1;T 絕對(duì)溫度，K;P0 參比氣體氧分壓，% ;P 被測(cè)氣體氧分壓，%。

5、由于受各種因素的影響，實(shí)際測(cè)量并非在理想狀態(tài)下進(jìn)行，因此需要對(duì)（1） 式進(jìn)行校正，校正后得到新的方程：P0 Em=klnE0（2）P本設(shè)計(jì)中P0為空氣中氧含量（21.00 %）, k和 E0值均可以通過校正得到。通過測(cè)定氧化鋯電池電勢(shì)信號(hào)Em,并將其輸送至變送器，變送器將根據(jù)（2）式， 計(jì)算出被測(cè)氣體的氧含量P值嚴(yán)格地說，氧化鋯氧分析儀測(cè)量的是惰性氣體中的氧含量，當(dāng)煙氣中含有可 燃性氣體時(shí)，測(cè)得的氧含量值將偏小。主要技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍：O25.00Vol%0 2；測(cè)量精度：1級(jí)；量程選擇：010Vol%2或020Vol%O 2；工作溫度：750 C±5C;響應(yīng)時(shí)間：3秒（達(dá)到90% ）

6、;輸出方式：DC 010mA或DC 4mA20mA電流線性輸出；探頭長(zhǎng)度：500mm1200mm ；變送器箱體尺寸（高×寬×深）：墻掛式（Q型）：320mm ×240mm ×110mm ；盤裝式（P型）：160mm ×160mm ×400mm ；80mm ×160mm ×320mm （臥式）；160mm ×80mm ×320mm （立式）；直插式探頭安裝點(diǎn)煙氣溫度： 600 C（ 300-500 C最佳）；安裝點(diǎn)允許最大壓差：2KPa ；環(huán)境溫度：變送器-5 C55 C ,探頭V 70 C；工作

7、電源：AC 220V ÷22V, 50Hz。750 C 的 對(duì)于不同型號(hào)探頭，其值可能略有不同，本文均以工作溫度為750 C改為對(duì)應(yīng)工作ZO-12B探頭為例說明。若工作溫度不同，將文中涉及溫度 溫度值即可。 不同型號(hào)探頭長(zhǎng)度不同。4.1儀器組成該儀器主要由探頭和變送器兩大部分組成。探頭實(shí)際上是一種裝有氧化鋯電池的氧傳感器，其主要作用就是輸出被測(cè)氧量所對(duì)應(yīng)的電勢(shì)信號(hào)值。變送器主要有兩大功能：一是穩(wěn)定控制探頭的工作溫度；二是將從探頭輸入的電勢(shì)信號(hào)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的氧量值，并將氧量值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電流值輸出4.2各部分簡(jiǎn)介4.2.1探頭簡(jiǎn)介探頭由氧化鋯元件、加熱爐、K型熱電偶、過濾器、信號(hào)引線、

8、接線盒及不 銹鋼殼體等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1探頭結(jié)構(gòu)示意圖1.過濾器 2.氧化鋯元件 3.加熱爐 4.外殼 5.信號(hào)引線6.標(biāo)氣管 7.元件法蘭8.K型熱電偶 9.法蘭10.接線盒各主要部件作用：氧化鋯元件是探頭的核心部件，由其產(chǎn)生電勢(shì)信號(hào)；加熱爐將氧化鋯元件加熱到設(shè)定的工作溫度； 熱電偶作為溫度傳感器，用來測(cè)量加熱 爐的溫度；信號(hào)引線將氧化鋯元件所產(chǎn)生的電勢(shì)信號(hào)輸送到變送器。4.2.2 變送器簡(jiǎn)介變送器主要由主電路板、操作顯示面板、接線端子和機(jī)箱等組成。主電路由氧濃差電勢(shì)信號(hào)放大器、熱電偶電勢(shì)信號(hào)放大器、電源單元、中央處理單元、溫 控單元、顯示單元及輸出單元等部分組成。圖2 變送器電路

9、原理框圖從圖2可見，探頭產(chǎn)生的氧濃差電勢(shì)信號(hào)、熱電偶電勢(shì)信號(hào)經(jīng)分別放大后， 由多路選擇開關(guān)將其輸入AlD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)AlD轉(zhuǎn)換后由CPU根據(jù)能斯特方程計(jì)算 出氧量值，再經(jīng)DlA轉(zhuǎn)換、光電隔離及 VlI轉(zhuǎn)換，最后得到DC 0IOmA或DC 4mA20mA的電流信號(hào)輸出。氧化鋯氧分析儀ZirG OniaOXyge n An alyzer變送器的基本操作都在操作顯示 %© mV、C H cal一空氣校準(zhǔn) air calib標(biāo)氣校準(zhǔn)Sta n gas calib面板上完成。變送器操作顯示面板如圖3所示。電 - I溫度：I I測(cè) I I '校準(zhǔn)IEmTeSt各部分功能：中央為L(zhǎng)ED數(shù)碼顯

10、示TmPTeStCal右側(cè)分別為空氣校準(zhǔn)和標(biāo)氣校準(zhǔn)電位管（以下簡(jiǎn)稱LED）,顯示相關(guān)的參數(shù) 值。左側(cè)為參數(shù)顯示狀態(tài)指示燈，LED 顯示的數(shù)值為指示燈亮者所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。 圖3變送器操作顯示面板圖 器，用來校準(zhǔn)儀器，以提高測(cè)量精度 。下方為操作按鈕，由其決定LED顯示內(nèi) 容。具體操作：將變送器電源開關(guān)撥至“開”后，探頭加熱爐開始升溫，“C”指示燈 亮，LED顯示探頭加熱爐溫度值。當(dāng)加熱爐溫度達(dá)到600 C時(shí)，“）2”指示燈亮， 變送器電路將自動(dòng)運(yùn)算并顯示測(cè)得的氧量值。此后，LED顯示內(nèi)容由操作按鈕決定。女口：當(dāng)按住自檢時(shí),“知2”指示燈亮,LED顯示自檢氧量值；當(dāng)按住電勢(shì)時(shí), mV ”指示燈亮，

11、LED顯示電池電勢(shì)信號(hào)值；當(dāng)按住溫度時(shí),“C”指示燈亮,LED顯示加熱爐溫度值；當(dāng)按下標(biāo)定時(shí),“al”指示燈亮，此時(shí)可以校準(zhǔn)儀器；校準(zhǔn)以 后按下測(cè)量,LED顯示被測(cè)氧量值，儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)422.3儀器校準(zhǔn)的具體操作詳見第 7章“儀器校準(zhǔn)”部分?；?如果安裝的是新探頭，開機(jī)后可能出現(xiàn)mV”指示燈亮、LED顯示為（HHHH ”設(shè)置并閃爍的現(xiàn)象，這是由于新探頭內(nèi)保溫材料含水分過多造成氧電勢(shì)信號(hào)過大而量超出量程，一般情況下，開機(jī)后1小時(shí)左右儀器將正常工乍。程設(shè)自檢功能是為診斷變送器運(yùn)算電路是否正常而設(shè)置的，其自檢氧量值不代表置：探頭所測(cè)氧量值。變送器主電路板上設(shè)置了量程轉(zhuǎn)換跳線開關(guān)。 當(dāng)把跳線插在

12、左邊兩個(gè)并排的引腳 上即靠近電路板S1位置時(shí)，選擇氧量量程為O20% ,此時(shí)電流輸出值DC 0IOmA或DC 4mA20mA都是分別與該量程對(duì)應(yīng)的值；當(dāng)把跳線插在右邊兩個(gè)并 排的引腳上即遠(yuǎn)離S1位置時(shí)，選擇氧量量程為010% ,此時(shí)電流輸出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分別與該量程對(duì)應(yīng)的值。初始量程設(shè)置為020% ,如需010%量程，將跳線插在右邊兩個(gè)引腳上即可 。電流輸出設(shè)置：變送器設(shè)有兩檔電流輸出：DC 010mA和DC 4mA20mA。初始電流設(shè)置為DC 4mA20mA信號(hào)輸出，如用戶需要DC 010mA信 號(hào)輸出，需在訂貨時(shí)注明。5儀器檢驗(yàn)儀器在發(fā)貨前已經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)

13、， 并附合格證，但運(yùn)輸過程中可能因碰撞使其損壞。因此，用戶在使用儀器前，應(yīng)先進(jìn)行開箱檢驗(yàn)，判斷儀器正常后方 可上爐安裝。具體操作步驟如下:（1）打開探頭接線盒，用萬用表分別測(cè)量加熱爐及熱電偶兩端的電阻值， 判斷在運(yùn)輸中有無造成斷線或接觸不良現(xiàn)象 。（2）判斷無故障后，用符合要求的三組導(dǎo)線（參考6.1.3節(jié)）分別將探頭“加 熱爐” “熱電偶”和“信號(hào)”接線端子與變送器對(duì)應(yīng)接線端連接好（參考圖、圖5）。（3）將外接電源接在變送器“ AC220V ”端子上。（4）接通電源，加熱爐開始升溫，當(dāng)達(dá)到 600 C后，儀器自動(dòng)轉(zhuǎn)為氧量值 顯示。按住操作面板上的自檢鍵，若顯示為“ 5.00 ±）.2

14、0 :說明變送器氧量轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)正常。(5量程轉(zhuǎn)換只影響對(duì)應(yīng)電流輸出值，而與變送器本身的氧量值顯示無關(guān)。）穩(wěn)定對(duì)于Zo 12B型探頭，加熱爐阻值一般為150 ±0 ,熱電偶阻值一般為3.5一段時(shí)±）.5 。對(duì)于不冋型號(hào)產(chǎn)品，其值略有不冋。間后，詳見“”部分。測(cè)量探頭信號(hào)線兩端的電阻及電勢(shì)值，若電阻小于1K Q、電勢(shì)絕對(duì)值逐漸減小且穩(wěn)定后 小于10m V,表明探頭完好，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。圖4墻 將探頭與變送器相應(yīng)端連接時(shí)，注意不要錯(cuò)接、虛接或正負(fù)極反接。掛 式 請(qǐng)勿將外接電源接入變送器或探頭的“信號(hào)”、“熱電偶”或“加熱爐”接線端，否 變送 貝V，將造成儀器損壞，損失由用戶承擔(dān)

15、。器與探頭接線圖圖5盤裝式變送器與探頭接線圖6儀器安裝6.1安裝前的準(zhǔn)備6.1.1 探頭安裝位置的選擇正確選擇探頭安裝點(diǎn)，對(duì)于提高測(cè)量準(zhǔn)確性和延長(zhǎng)探頭使用壽命有著重要意 義。選擇安裝點(diǎn)的原則：安裝點(diǎn)的煙氣溫度不宜過高，否則會(huì)縮短探頭的使用壽命，推薦安裝點(diǎn)最 佳煙氣溫度在300 C500 C范圍內(nèi)；安裝點(diǎn)應(yīng)選在煙氣流動(dòng)性好的位置， 切忌安裝在爐內(nèi)側(cè)、死角、渦流或縮 口處。因?yàn)闋t內(nèi)側(cè)和死角處氧量變化響應(yīng)滯緩， 渦流處氧量波動(dòng)大，而縮口處沖 刷大易灰堵；安裝點(diǎn)處應(yīng)有操作平臺(tái)，有利于探頭的安裝、校準(zhǔn)和維護(hù)；安裝點(diǎn)負(fù)壓不能過大，一般應(yīng) 2KPa ,以免產(chǎn)生測(cè)量偏差；安裝點(diǎn)附近應(yīng)絕對(duì)密封，不應(yīng)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象

16、，否則會(huì)使氧量測(cè)量值偏高；探頭安裝位置應(yīng)符合鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 對(duì)于電廠鍋爐和工業(yè)爐來說，推薦安 裝點(diǎn)如圖6所示。旁路煙道安裝圖如圖7所示。圖6電廠鍋爐和工業(yè)爐推薦安裝點(diǎn)圖7旁路煙道安裝圖6.1.2 爐體法蘭的焊接Zo系列氧化鋯氧分析儀的爐體法蘭大小相同，但長(zhǎng)度不同。 爐體法蘭結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。為了保證爐體法蘭在焊接后有良好的密封性，用戶需自備一段長(zhǎng)度等于爐壁厚的102mm ×5mm的爐墻管和一塊約5mm厚的方形鋼板（大小視現(xiàn)場(chǎng)情況而定）。在方板中心開一個(gè)圖8爐體法蘭90mm的圓孔，將爐體法蘭焊在該孔中，方板再與爐墻管焊接在一起（參考圖9） 圖9爐體法蘭的焊接6.1.3 現(xiàn)場(chǎng)布線變送

17、器與探頭之間用氧電勢(shì)信號(hào)線：熱電偶線：加熱爐線：6.2 安裝6.2.1 變送器的安裝墻掛式即（Q）型變送器是 靠四個(gè)M6 ×20的螺栓（用戶自備） 安裝在現(xiàn)場(chǎng)的合適位置（圖 10 ）。盤裝式即（P）型變送器有 三種，均安裝在儀表盤上，其開 孔尺寸（高×寬）分別為153mm X 153mm、76mm ×153mm （臥式） 和 153mm X76mm （立式）。6.2.2 探頭的安裝3組導(dǎo)線連接，分別為:1.0mm1.0mm21.2mm 21.5mm 2 ,雙芯金屬屏蔽電纜；1.5mm2，雙芯鎳鉻-鎳硅補(bǔ)償導(dǎo)線;1.5mm2，雙芯普通電纜。100探頭可在停爐狀態(tài)下安

18、裝，也可以在開爐狀態(tài)下安裝，其安10墻掛式變送器安裝圖裝示意圖如圖11所示。由圖可見，安裝時(shí)將探頭用4個(gè)螺栓固定在爐體法蘭上即可，探頭法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸如圖12所示圖11 探頭安裝示意圖圖12 探頭法蘭尺寸圖探頭安 Q型變送器安裝點(diǎn)環(huán)境溫度為 一5C55 C,并注意防水、防塵。 裝操作十分簡(jiǎn)單，但要注意以下環(huán)節(jié)：探頭內(nèi)的核心部件為陶瓷易碎品，搬運(yùn)時(shí)應(yīng)輕拿輕放，避免 劇烈振動(dòng)，以免損壞；若在開爐狀態(tài)下安裝，應(yīng)將探頭在插入爐內(nèi)1/3長(zhǎng)度時(shí)，停留23分鐘， 再緩緩插入，以防驟熱損壞氧化鋯元件；探頭過濾器的金屬面必須對(duì)著煙氣流向，以防過濾器陶瓷因受沖刷而被 損壞；兩法蘭之間應(yīng)放置石棉墊圈，并擰緊4個(gè)螺栓，以

19、防漏氣。6.3 現(xiàn)場(chǎng)連線待變送器和探頭分別安裝完畢后，按要求用三組導(dǎo)線將變送器與探頭相連。7儀器校準(zhǔn)7.1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備確認(rèn)儀器連線準(zhǔn)確無誤后，打開變送器電源開關(guān)，探頭加熱爐開始升溫，此時(shí)變送器LED顯示其溫度值。當(dāng)溫度達(dá)到600 C時(shí)，變送器自動(dòng)顯示氧量值。 當(dāng)溫度達(dá)到750 C并穩(wěn)定后，儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。雖然儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，但在運(yùn)行前期測(cè)量值可能有較大偏差或波動(dòng)， 這屬 于正常情況。一般探頭大約需要運(yùn)行 24小時(shí)后，顯示值才能趨于平穩(wěn)，雖然此 時(shí)指示正常，但測(cè)量結(jié)果并不一定十分準(zhǔn)確，應(yīng)該進(jìn)行校準(zhǔn)工作。7.2 校準(zhǔn)方法本儀器采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，即空氣校準(zhǔn)和標(biāo)氣校準(zhǔn)。第一步為空氣校準(zhǔn)，操作步驟如下

20、：(1) 將探頭“標(biāo)氣入口”打開，使空氣自動(dòng)進(jìn)入探頭；(2) 待顯示穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變送器操作顯示面板上“空氣校準(zhǔn)”電位器，使顯示為 21.00 ±).20 ”第二步詳見“”部分。為標(biāo)氣校準(zhǔn)，操作步驟如下：(1) 將標(biāo)氣校準(zhǔn)裝置按圖13所示與氣瓶連接好；(2) 確認(rèn)減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)后，打開氣瓶閥；(3) 緩緩打開減壓閥，將標(biāo)氣流量調(diào)節(jié)為 300mlmin500mlmin ；(4) 將連接軟管與探頭“標(biāo)氣入口”相連，將標(biāo)氣通入探頭，此過程應(yīng)保證不 漏氣；(5) 通氣約1分鐘后，調(diào)節(jié)變送器面板上“標(biāo)氣校準(zhǔn)”電位器，將氧量顯示值 調(diào)為標(biāo)準(zhǔn)氣體氧量值即可圖13 儀器校準(zhǔn)示意圖8儀 器 日 常 維 護(hù)應(yīng)先進(jìn)行空氣校準(zhǔn)，再進(jìn)行標(biāo)氣校準(zhǔn)。應(yīng)先調(diào)好標(biāo)氣流量， 再將連接軟管與探頭“標(biāo)氣入口”相連，否則可能因氣體流 量過大而導(dǎo)致氧化鋯元件破裂。校準(zhǔn)過程中，應(yīng)保證不漏氣，以免影響校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)完畢時(shí)，一定要先從“標(biāo)氣入口”拔下連接軟管，再關(guān)閉減壓閥和氣瓶閥。 校準(zhǔn)完畢后，應(yīng)擰緊“標(biāo)氣入口”螺帽，否則空氣進(jìn)入將使氧量測(cè)量值偏大。與常見故障排除8.1 儀器日常維護(hù)儀器日常維護(hù)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：變送器在發(fā)貨前已調(diào)試好，用戶不應(yīng)調(diào)節(jié)其內(nèi)部電位器，以免影響測(cè)量線 性及精度；探頭安裝24小時(shí)以后應(yīng)校準(zhǔn)，以后可根據(jù)實(shí)際情況用標(biāo)氣校準(zhǔn)；儀器安裝后，應(yīng)在開