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。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)产生一个毫伏电势，这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，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。

   在额定的温度下，电池输出电势用下面的公式计算（Nernst方程）：

　　　　　　　 ＲＴ　 　Ｐ1

　　　　ｍＶ＝------Ｌｎ--- ＋Ｃ

４Ｆ　 　Ｐ2

式中　Ｐ1──在电池内侧参比气体(如空气)的氧分压；

Ｐ2──在电池外侧被测气体(如烟气)的氧分压；

Ｒ-----气体常数；

Ｆ-----法拉第常数；

Ｔ-----绝对温度=( 273 + t ℃)；

Ｃ-----电池常数。

   参比气体应为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时，氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池输出就以对数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）以及它们之间的连接电缆等组成。

2.1 氧传感器

   传感器装置由金属外壳、测量电池、加热器、热电偶、过滤元件以及电缆接线端子等组成。测量电池本体分为3层：铂(电极)─氧化锆(电解质)─铂(电极)。铂电极是多孔性的。烟道气体通过过滤器或校验气体通过传导管进入测量电池被测气体一侧，而另一侧为参比空气(含氧20.60％)。

    两种含氧浓度不同的气体作用在测量电池，便产生一个以对数为规律的电势(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。

    测量电池的工作温度设置为高于650℃的恒定温度, 为了保持工作温度恒定，用一支Ｋ型热电偶测量电池的工作温度，经氧分析仪内的温度控制器调节加热器的加热电压。

当测量烟气温度高于700℃时，传感器组成中省去加热器和测温热电偶。

2.2 氧分析仪

   为了使测量电池的工作温度达到700℃，氧分析仪接受传感器中的Ｋ型热电偶输出的温度mV信号，与微处理器预置温度(毫伏)相比较，从而控制电池温度。氧分析仪采用环境温度作为热电偶冷端比较点。

氧分析仪对氧传感器输入的氧mV信号进行放大，然后将放大的电压信号经过 A/D转换器转换为数字信号。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，微处理器将数字信号转变为相应的氧浓度值并显示在氧分析仪显示屏上，同时，将数字信号转变为线性标准模拟电流信号0—10mA或4－20 mA输出。

    氧分析仪在运行中连续不断地进行系统自检，而通过电缆对传感器进行温度控制、过热保护和故障监督。若有故障出现，在分析仪仪显示屏上显示出故障。