中国原子能科学研究院氧化锆氧量分析报告仪说明书

word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34.1 仪器组成34.2 各局部简介44.2.1 探头简介44.2.2 变送器简介44.2.2.1 根本结构44.2.2.2 根本操作54.2.2.3 根本设置65 仪器检验66 仪器安装86.1 安装前的准备86.1.1 探头安装位置的选择86.1.2 炉体法兰的焊接96.1.3 现场布线96.2 安装106.2.1 变送器的安装106.2.2 探头的安装106.3 现场连线117 仪器校准117.1 校准前的准备117.2 校准方法118 仪器日常维护与常见故障排除138.1 仪器日常维护138.2 常见故障的分析与排除131 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、提高燃料燃烧效率与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，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最优配比，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》。

该技术曾先后屡次荣获国家发明奖与部科技成果奖。

在这一系列科研成果的根底上，成功研制出ZO系列氧化锆氧分析仪。

该产品曾在国际博览会上获同类产品最高质量奖，并在全国氧化锆氧分析仪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分析仪，以满足不同用户的需求。

2 仪器测量原理ZO 系列氧化锆氧分析仪是利用氧浓差电池原理来测定气体①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：ln 4RT P E F P=(1) 式中：E — 浓差电池电动势，V ； R — 气体常数，J ·mol －1·K －1；F — 法拉第常数，C ·mol -1； T — 绝对温度，K ； P 0— 参比气体氧分压，%； P — 被测气体氧分压，%。

由于受各种因素的影响，实际测量并非在理想状态下进展，因此需要对〔1〕式进展校正，校正后得到新的方程：0lnm P E k E P=+ 〔2〕 本设计中P 0为空气中氧含量〔20.6％〕，k 和E 0值均可以通过校正得到。

通过测定氧化锆电池电势信号E m ，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。

① 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。

3 仪器主要技术参数● 测量X 围：0～20.6Vol%O 2； ● 测量精度：1级；● 量程选择：0～10Vol%O 2或0～20Vol%O 2； ● 工作温度①：750℃±5℃； ● 响应时间：<3秒〔达到90%〕；● 输出方式：DC 0～10mA 或DC 4mA ～20mA 电流线性输出； ● 探头长度②：500mm ～1200mm ； ● 变送器箱体尺寸〔高×宽×深〕： 墙挂式〔Q 型〕：320mm ×240mm ×110mm ； 盘装式〔P 型〕：160mm ×160mm ×400mm ；80mm ×160mm ×320mm 〔卧式〕； 160mm ×80mm ×320mm 〔立式〕；● 探头安装点烟气温度：≤600℃〔350℃～450℃为最优〕； ●安装点允许最大压差：2KPa ；● 环境温度：变送器-20℃～55℃, 探头-40℃＜70℃；●工作电源：AC 220V ±22V ，50Hz 。

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。

① 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。

假如工作温度不同，将文中涉与温度750℃改为对应工作温度值即可。

② 不同型号探头长度不同。

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、接线盒与不锈钢壳体等组成，其结构如图1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4.外壳5. 信号引线各主要部件作用：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、显示单元与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 根据能斯特方程计算出氧量值，再经D/A 转换、光电隔离与V/I 转换，最后得到DC 0～10mA 或DC 4mA ～20mA 的电流信号输出。

4.2.2.2 根本操作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：中央为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①。

下方为操作按钮，由其决定LED 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②。

当加热炉温度达到600℃时，“％O 2〞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，LED 显示内容由操作按钮决定。

如：当按住自检时，“％O 2〞指示灯亮，LED 显示自检氧量值③；当按住电势时，“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。

①仪器校准的具体操作详见第7章“仪器校准〞局部。

② 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“HHHH 〞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。

③ 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。

%O 2mV °C 氧化锆氧分析仪电势温度空气校准标气校准Em Tmp Test Cal标定Cal自检Test测量4.2.2.3 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0～20%，此时电流输出值DC 0～10mA或DC 4mA～20mA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0～10%，此时电流输出值DC 0～10mA或DC 4mA～20mA都是分别与该量程对应的值。

初始量程设置为0～20%，如需0～10%量程，将跳线插在右边两个引脚上即可①。

电流输出设置：变送器设有两档电流输出：DC 0～10mA和DC 4mA～20mA。

初始电流设置为DC 4mA～20mA信号输出，如用户需要DC 0～10mA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，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与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。

〔2〕判断无故障后，用符合要求的三组导线〔参考节〕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。

〔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③。

按住操作面板上的自检键，假如显示为“±〞，说明变送器氧量转换系统正常。

①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。

②对于ZO－12B型探头，加热炉阻值一般为150Ω±20Ω，热电偶阻值一般为Ω±Ω。

对于不同型号产品，其值略有不同。

③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与电势值，假如电阻小于1K Ω、电势绝对值逐渐减小且稳定后小于10mV ，明确探头完好，可以进展现场安装。

4 20mA 0 10mA 热电偶温补氧信号 加热炉220V电源接地加热炉热电偶信 号墙挂式变送器接线端子探头接线端子关～～开图4 墙挂式变送器与探头接线图加热炉热电偶信 盘式变送器接线端子探头接线端子加热炉电源220V～～接地接地传感器信号0 10mA ～输出输出4 20mA ～热电偶号图5 盘装式变送器与探头接线图● 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。