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1、目 录 / 概述12仪器测量原理2 仪器主要技术参数34 仪器简介34。1 仪器组成.2 各部分简介4。2。 探头简介44。2。2变送器简介42.1 基本结构4.。2。2 基本操作5。2.2.3 基本设置65 仪器检验6 仪器安装8。1 安装前的准备86.11 探头安装位置的选择861。2 炉体法兰的焊接6。 现场布线962 安装106.2。1 变送器的安装06.2.2 探头的安装103 现场连线17 仪器校准117。 校准前的准备17。2 校准方法118 仪器日常维护与常见故障排除1381 仪器日常维护13。2 常见故障的分析与排除11 概述氧化锆氧分析仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气
2、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减少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密切相关。在燃烧过程中，当空气过剩系数太小即氧量不足时，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,通过安装氧化锆氧分析仪
3、，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最佳配比,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。 中国原子能科学研究院始建于15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。氧化锆开发研究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研究已30余年,编写了国内本行业第一本专著：氧离子固体电解质浓差电池与测氧技术。该技术曾先后多次荣获国家发明奖及部科技成果奖。在这一系列科研成果的基础上，成功研制出O系列氧化锆氧分析仪.该产品曾在北京国际博览会上获同类产品最高质量奖，并在全国氧化锆氧分析仪行
4、业质量评比中荣获一等奖。2001年，该产品通过S9001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分析仪，以满足不同用户的需求。 仪器测量原理Z系列氧化锆氧分析仪是利用氧浓差电池原理来测定气体中氧含量的电化学分析仪器。在理想状态下，当氧化锆元件达到工作温度且内外电极表面的氧含量不相等时,便构成一个氧浓差电池,产生电池电动势，电池电动势与电极表面氧浓度关系符合能斯特（Nern)方程: （1）式中： 浓差电池电动势，；R -气体常数，8。3145JmolK1； - 法拉第常数,96。39mo；T - 绝对温度,K;P0 参比气体氧分压，； 被测气体氧分压，%.由于受
5、各种因素的影响，实际测量并非在理想状态下进行，因此需要对（1)式进行校正,校正后得到新的方程： （2) 本设计中P0为空气中氧含量（1.00%），和0值均可以通过校正得到。通过测定氧化锆电池电势信号Em，并将其输送至变送器,变送器将根据(2）式，计算出被测气体的氧含量P 值。 严格地说，氧化锆氧分析仪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。 仪器主要技术参数 测量范围：0。00ol%O；测量精度：1级；量程选择:00Vo%O或20Vol； 工作温度:5； 响应时间:秒(达到0）； 输出方式：DC010m或D 4m20mA电流线性输出；探头长度：500m120
6、0mm；变送器箱体尺寸(高宽深）：墙挂式（型）:20m240mm110mm;盘装式(P型)：10160m400mm；8mm160mm320mm（卧式）；6m320mm(立式）; 直插式探头安装点烟气温度：60(30500最佳）；安装点允许最大压差：2Pa；环境温度：变送器55,探头70； 工作电源：AC 2222V，50z。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75的O1B探头为例说明。若工作温度不同，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。 仪器简介4.1 仪器组成 该仪器主要由探头和变送器两大部分组成。探头实际上是一种装有氧化锆电池的氧传感器，其
7、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：一是稳定控制探头的工作温度;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。42 各部分简介 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，其结构如图所示： 图1 探头结构示意图1过滤器 2.氧化锆元件 3加热炉 。外壳 。 信号引线 6.标气管 7。元件法兰 8K型热电偶 9。法兰 0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
8、引线将氧化锆元件所产生的电势信号输送到变送器。22 变送器简介4。2.2. 基本结构变送器主要由主电路板、操作显示面板、接线端子和机箱等组成。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、中央处理单元、温控单元、显示单元及输出单元等部分组成。 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根据能斯特方程计算出氧量值，再经D/A转换、光电隔离及/I转换，最后得到DC 10m或D 4A20mA的电流信号输出。422.2 基本操作 变送器的基本操作都在操作显示面板上完成。变送器操作显
9、示面板如图3所示。 各部分功能：中央为E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，D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，由其决定LD显示内容。 具体操作：将变送器电源开关拨至“开”后,探头加热炉开始升温，“”指示灯亮,LED显示探头加热炉温度值。当加热炉温度达到0时，“O”指示灯亮，变送器电路将自动运算并显示测得的氧量值。此后,ED显示内容由操作按钮决定。如：当按住自检时，“%2指示灯亮，LED显示自检氧量值；当按住电势时，“mV”指示灯亮，ED显示电
10、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，D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”部分。如果安装的是新探头,开机后可能出现 “mV”指示灯亮、LED显示为“HH”并闪烁的现象,这是由于新探头内保温材料含水分过多造成氧电势信号过大而超出量程，一般情况下，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。2。23 基本设置量程设置：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
11、靠近电路板1位置时，选择氧量量程为20%,此时电流输出值DC 0A或C 4mA2mA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 00A或C 4A2mA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：D0mA和DC 4mA20mA。初始电流设置为DC AmA信号输出,如用户需要C010A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,应先进行开箱检
12、验，判断仪器正常后方可上炉安装。具体操作步骤如下: （1）打开探头接线盒，用万用表分别测量加热炉及热电偶两端的电阻值,判断在运输中有无造成断线或接触不良现象。(2)判断无故障后,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、图5)。(3）将外接电源接在变送器“AC220V端子上。（4）接通电源，加热炉开始升温，当达到600后，仪器自动转为氧量值显示.按住操作面板上的自检键，若显示为“5020”，说明变送器氧量转换系统正常。 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。 对于ZO2B型探头，加热炉阻值一般
13、为102，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。2.22 基本操作”部分.（）稳定一段时间后，测量探头信号线两端的电阻及电势值，若电阻小于K、电势绝对值逐渐减小且稳定后小于0mV，表明探头完好，可以进行现场安装。将探头与变送器相应端连接时,注意不要错接、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，损失由用户承担。图4墙挂式变送器与探头接线图 图5 盘装式变送器与探头接线图6 仪器安装6。 安装前的准备6。 探头安装位置的选择正确选择探头安装点,对于提高测量准确性和延长探头使用寿命有着重要意义。选择安装点的原则：安装点的烟气温度不宜过高,否则会缩短探头的使用寿命,推荐安装点最佳烟气温度在00范围内； 安装点应选在烟气流动性好的位置，切忌安装在炉内侧、死角、涡流或缩口处.因为炉内侧和死角处氧量变化响应滞缓，涡流处氧量波动大,而缩口处冲刷大易灰堵; 安装点处应有操作平台，有利于探头的安装、校准和维护； 安装点负压不能过大，一般应2KPa，以免产生测量偏差； 安装点附近应绝对密封，不应出现漏气现象,否则会使氧量测量值偏高； 探头安装位置应符合锅炉结构特点。对
