氧化锆氧分析仪测量原理

1 测量基理

   氧化锆氧量分析仪(又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表)，主要(yào)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。在传感器內(nèi)温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)产生一(yī)个毫伏电势，這(zhè)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，在氧化锆元件的內(nèi)外(wài)两侧涂上(shàng)多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。為(wèi)了(le)使电池保持额定的工(gōng)作(zuò)温度，在传感器中设置了(le)加熱(rè)器。用氧分析仪內(nèi)的温度控制器控制氧化锆温度恒定。

   在额定的温度下(xià)，电池输出电势用下(xià)面的公式计算（Nernst方程）：

　　　　　　　 ＲＴ　 　Ｐ1

　　　　ｍＶ＝------Ｌｎ--- ＋Ｃ

４Ｆ　 　Ｐ2

式中　Ｐ1──在电池內(nèi)侧参比气体(如(rú)空气)的氧分压；

Ｐ2──在电池外(wài)侧被测气体(如(rú)烟气)的氧分压；

Ｒ-----气体常數(shù)；

Ｆ-----法拉第常數(shù)；

Ｔ-----绝对温度=( 273 + t ℃)；

Ｃ-----电池常數(shù)。

   参比气体应為(wèi)干燥清洁无油的空气( 含氧20.60％ )。在参比气侧与被测气体侧氧浓度不同時(shí)，氧离子從(cóng)高的一(yī)侧迁移到低(dī)的一(yī)侧。电池输出就以对數(shù)的规律反应出被测气体中的氧浓度值。

2 系统组成

   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）以及它们之間(jiān)的连接电缆等组成。

2.1 氧传感器

   传感器装置由金(jīn)属外(wài)壳、测量电池、加熱(rè)器、熱(rè)电偶、过滤元件以及电缆接线端子等组成。测量电池本体分為(wèi)3层：铂(电极)─氧化锆(电解质)─铂(电极)。铂电极是多孔性的。烟道(dào)气体通(tōng)过过滤器或校验气体通(tōng)过传导管进入测量电池被测气体一(yī)侧，而另一(yī)侧為(wèi)参比空气(含氧20.60％)。

    两种含氧浓度不同的气体作(zuò)用在测量电池，便产生一(yī)个以对數(shù)為(wèi)规律的电势(两侧的氧浓度差愈大, 电势信号愈大)。毫伏信号经氧分析仪转换成0—10mA或4－20mA标准电流。此电流由氧分析仪接线端子输出。

    测量电池的工(gōng)作(zuò)温度设置為(wèi)高于650℃的恒定温度, 為(wèi)了(le)保持工(gōng)作(zuò)温度恒定，用一(yī)支Ｋ型熱(rè)电偶测量电池的工(gōng)作(zuò)温度，经氧分析仪內(nèi)的温度控制器调节加熱(rè)器的加熱(rè)电压。

当测量烟气温度高于700℃時(shí)，传感器组成中省去加熱(rè)器和(hé)测温熱(rè)电偶。

2.2 氧分析仪

   為(wèi)了(le)使测量电池的工(gōng)作(zuò)温度达到700℃，氧分析仪接受传感器中的Ｋ型熱(rè)电偶输出的温度mV信号，与微(wēi)处理器预置温度(毫伏)相比较，從(cóng)而控制电池温度。氧分析仪采用环境温度作(zuò)為(wèi)熱(rè)电偶冷(lěng)端比较点。

氧分析仪对氧传感器输入的氧mV信号进行(xíng)放大，然后将放大的电压信号经过 A/D转换器转换為(wèi)數(shù)字信号。根据氧分析仪预先校准或者预置的氧传感器测量电池的特性曲线，微(wēi)处理器将數(shù)字信号转变為(wèi)相应的氧浓度值并显示在氧分析仪显示屏上(shàng)，同時(shí)，将數(shù)字信号转变為(wèi)线性标准模拟电流信号0—10mA或4－20 mA输出。

    氧分析仪在运行(xíng)中连续不断地(dì)进行(xíng)系统自(zì)检，而通(tōng)过电缆对传感器进行(xíng)温度控制、过熱(rè)保护和(hé)故障监督。若有故障出现，在分析仪仪显示屏上(shàng)显示出故障。