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1、.目录1 概述 12 仪器测量原理 23 仪器主要技术参数 34 仪器简介 44.1 仪器组成 44.2 各局部简介 44.2.1 探头简介 44.2.2 变送器简介 54.2.2.1 根本构造 54.2.2.2 根本操作 64.2.2.3 根本设置 75 仪器检验 76 仪器安装 96.1 安装前的预备 96.1.1 探头安装位置的选择 96.1.2 炉体法兰的焊接 106.1.3 现场布线 116.2 安装 116.2.1 变送器的安装 121 / 20.6.2.2 探头的安装 126.3 现场连线 137 仪器校准 137.1 校准前的预备 137.2 校准方法 138 仪器日常维护与常
2、见故障排解 158.1 仪器日常维护 158.2 常见故障的分析与排解 151 概述氧化锆氧主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量简称氧含量或氧量，对于保障锅炉运行安全、提高燃料燃烧效率及削减环境污染将起到重要作用。其应用场所主要有：火电厂锅炉；炼油厂加热炉和输油管道加热炉；冶炼厂加热炉和均热炉；化工、轻纺、食品加工、制药、水泥和采暖等企业的工业锅炉。燃料燃烧效率与空气过剩系数亲热相关。在燃烧过程中，当空气过剩系数太小即氧量缺乏时，由于燃料未充分燃烧而导致热效率降低，且排出的未完全燃烧气体也将对导致环境污染；而当空气过剩系数太大即氧量过多时，虽然能使燃料充分燃烧，但过剩空气带走的
3、热量多，也导致热效率降低，同时过量氧气使烟气中硫化物和氮氧化物含量增大，同样导致环境污染。因此，通过安装氧化锆氧，在线实时监测烟气中的氧含量，调整空气和燃料的最正确配比，实现优化燃烧，在节能减排与安全环保等方面具有重要意义。中国原子能科学争论院始建于 1950 年，是中国核科学技术的发祥地，是以核科学为主、多学科并存的综合性大型科研基地，是我国“两弹一艇”事业的摇 篮。氧化锆开发争论室是院下属的集科研、产品开发和市场营销为一体的综合性实体，从事氧化锆测氧技术的争论已 30 余年，编写了国本行业第一本专著：氧离子固体电解质浓差电池与测氧技术。该技术曾先后屡次荣获国家制造奖及部科技成果奖。在这一系
4、列科研成果的根底上，成功研制出 ZO 系列氧化锆氧。该产品曾在国际博览会上获同类产品最高质量奖，并在全国氧化锆氧1 / 20行业质量评比中荣获一等奖。2001 年，该产品通过ISO9001 国际质量体系认证。此后，我院开发并推出了防硫型、高温型等多种型号的氧化锆氧，以满足不同用户的需求。2 仪器测量原理ZO系列氧化锆氧是利用氧浓差电池原理来测定气体中氧含量的电化 学器。在抱负状态下，当氧化锆元件到达工作温度且外电极外表的氧含量不相等时，便构成一个氧浓差电池，产生电池电动势，电池电动势与电极外表氧浓度关系符合能斯特(Nernst)方程：ERT ln P0(1)4FP式中：E 浓差电池电动势，mV
5、；R 气体常数，8.3145Jmol1K1； F 法拉第常数，96485.309Cmol-1； T 确定温度，K；P 参比气体氧分压，%；0P 被测气体氧分压，%。由于受各种因素的影响，实际测量并非在抱负状态下进展，因此需要对1 式进展校正，校正后得到的方程：.3 / 20E= k lnP0 + E2mP0本设计中P 为空气中氧含量21.00，k和E 值均可以通过校正得到。通过00测定氧化锆电池电势信号E ，并将其输送至变送器，变送器将依据 2式，计m算出被测气体的氧含量P 值。 严格地说，氧化锆氧测量的是惰性气体中的氧含量，当烟气中含有可燃性气体时，测得的氧含量值将偏小。3 仪器主要技术参数
6、 测量围：025.00Vol%O ；2 测量精度：1级； 量程选择：010Vol%O 或020Vol%O ；22 工作温度：7505； 响应时间：3秒到达90%； 输出方式：DC 010mA或DC 4mA20mA电流线性输出； 探头长度：500mm1200mm； 变送器箱体尺寸高宽深：墙挂式Q型：320mm240mm110mm；盘装式P型：160mm160mm400mm；80mm160mm320mm卧式；160mm80mm320mm立式；直插式探头安装饰烟气温度：600300-500最正确；安装饰允许最大压差：2KPa； 环境温度：变送器-555, 探头70；工作电源：AC 220V22V，5
7、0Hz。 对于不同型号探头，其值可能略有不同，本文均以工作温度为750的ZO-12B探头为例说明。假设工作温度不同，将文中涉及温度750改为对应工作温度值即可。 不同型号探头长度不同。4 仪器简介4.1 仪器组成该仪器主要由探头和变送器两大局部组成。探头实际上是一种装有氧化锆电池的氧传感器，其主要作用就是输出被测氧量所对应的电势信号值。变送器主要有两大功能：一是稳定掌握探头的工作温度；二是将从探头输入的电势信号值转换为对应的氧量值，并将氧量值转化为对应的电流值输出。4.2 各局部简介4.2.1 探头简介探头由氧化锆元件、加热炉、K型热电偶、过滤器、信号引线、接线盒及不 锈钢壳体等组成，其构造如
8、图1所示：图1 探头构造示意图1. 过滤器 2.氧化锆元件 3.加热炉 4.外壳 5. 信号引线6.标气管 7.元件法兰 8.K型热电偶 9.法兰 10.接线盒各主要部件作用：氧化锆元件是探头的核心部件，由其产生电势信号；加热炉将氧化锆元件加热到设定的工作温度；热电偶作为温度传感器，用来测量加热炉的温度；信号引线将氧化锆元件所产生的电势信号输送到变送器。4.2.2 变送器简介4.2.2.1 根本构造电 源氧浓差电势放大多路A DD A输出0 10 mA电流输出热电偶电势选择C P U放大开关转换转换单元4 20 mA电流输出温控 显示单元 单元变送器主要由主电路板、操作显示面板、接线端子和机箱
9、等组成。主电路由氧浓差电势信号放大器、热电偶电势信号放大器、电源单元、中心处理单元、温控单元、显示单元及输出单元等局部组成。图2变送器电路原理框图从图2可见，探头产生的氧浓差电势信号、热电偶电势信号经分别放大后， 由多路选择开关将其输入A/D转换器，经A/D转换后由CPU依据能斯特方程计算出氧量值，再经D/A转换、光电隔离及V/I转换，最终得到DC 010mA或DC 4mA20mA的电流信号输出。4.2.2.2 根本操作氧化锆氧Zirconia Oxygen Analyzer%OmV2Ccal空气校准air calib 标气校准stan gascalib自 检电 势温 度测 量校 准TestE
10、mTmpTestCal变送器的根本操作都在操作显示面板上完成。变送器操作显示面板如图3所示。各局部功能：中心为LED数码显示管(以下简称LED)，显示相关的参数值。左侧为参数显示状态指示灯，LED显示的数值为指示灯亮者所对应的参数值。右侧分别为空气校准和标气校准电位图3 变送器操作显示面板图器，用来校准仪器，以提高测量精度。下方为操作按钮，由其打算LED显示容。 具体操作：将变送器电源开关拨至“开”后，探头加热炉开头升温，“”指示灯亮，LED显示探头加热炉温度值。当加热炉温度到达600时，“O ”指2示灯亮，变送器电路将自动运算并显示测得的氧量值。此后， LED显示容由操作按钮打算。如：当按住
11、自检时，“O ”指示灯亮，LED显示自检氧量值；当按2住电势时，“mV”指示灯亮，LED显示电池电势信号值；当按住温度时，“”指示灯亮，LED显示加热炉温度值；当按下标定时，“cal” 指示灯亮，此时可以校准仪器；校准以后按下测量，LED显示被测氧量值，仪器进入测量状态。仪器校准的具体操作详见第7章“仪器校准”局部。 假设安装的是探头，开机后可能消灭“mV”指示灯亮、LED显示为“HHHH”并闪耀的现象，这是由于探头保温材料含水分过多造成氧电势信号过大而超 出量程，一般状况下，开机后1小时左右仪器将正常工作。 自检功能是为诊断变送器运算电路是否正常而设置的，其自检氧量值不代表探头所测氧量值。4
12、.2.2.3 根本设置量程设置：变送器主电路板上设置了量程转换跳线开关。当把跳线插在左边两个并排的引脚上即靠近电路板S1位置时，选择氧量量程为020%，此时电流输 出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分别与该量程对应的值；当把跳线插在右边两个并排的引脚上即远离S1位置时，选择氧量量程为010%，此时电流输出值 DC 010mA或DC 4mA20mA都是分别与该量程对应的值。初始量程设置为020%， 如需010%量程，将跳线插在右边两个引脚上即可。电流输出设置：变送器设有两档电流输出：DC 010mA和DC 4mA20mA。初始电流设置为DC 4mA20mA信号输出，如用户需要DC 0
13、10mA信号输出，需在订货时注明。5 仪器检验仪器在发货前已经过严格的质量检验，并附合格证，但运输过程中可能因碰撞使其损坏。因此，用户在使用仪器前，应先进展开箱检验，推断仪器正常前方可上炉安装。具体操作步骤如下：（1） 翻开探头接线盒，用万用表分别测量加热炉及热电偶两端的电阻值，推断在运输中有无造成断线或接触不良现象。（2） 推断无故障后，用符合要求的三组导线参考6.1.3节分别将探头“ 加热炉”、“热电偶”和“信号”接线端子与变送器对应接线端连接好参考图 4、图5。（3） 将外接电源接在变送器“AC220V”端子上。 量程转换只影响对应电流输出值，而与变送器本身的氧量值显示无关。（4） 接通
14、电源，加热炉开头升温，当到达600后，仪器自动转为氧量值显 示。按住操作面板上的自检键，假设显示为“ 5.000.20”，说明变送器氧量转换系统正常。 对于ZO12B型探头，加热炉阻值一般为15020，热电偶阻值一般为3.50.5。对于不同型号产品，其值略有不同。 详见“4.2.2.2 根本操作”局部。(5稳定一段时间后，测量探头信号线两端的电阻及电势值，假设电阻小于1K 、电势确定值渐渐减小且稳定后小于10mV，说明探头完好，可以进展现场安装。 将探头与变送器相应端连接时，留意不要错接、虚接或正负极反接。 请勿将外接电源接入变送器或探头的“信号”、“热电偶”或 “加热炉”接线端，否则，将造成仪器损坏，损失由用户担当。墙挂式变送器接线端子探头接线端子开
