氧化鋯氧分析儀測量原理

1 測量基理

   氧化鋯氧量分析儀(又稱氧化鋯氧分析儀、氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計、氧化鋯氧量表)，主要用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體氧濃度測量。在傳感器內溫度恒定的電化學電池(氧濃差電池，也簡稱鋯頭)產生一個毫伏電勢，這個電勢直接反應出煙氣中含氧濃度值。

   氧傳感器的關鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內外兩側涂上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設置了加熱器。用氧分析儀內的溫度控制器控制氧化鋯溫度恒定。

   在額定的溫度下，電池輸出電勢用下面的公式計算（Nernst方程）：

　　　　　　　 ＲＴ　 ?。?

　　　?。恚郑?-----Ｌｎ--- ＋Ｃ

４Ｆ　 ?。?

式中?。?──在電池內側參比氣體(如空氣)的氧分壓；

Ｐ2──在電池外側被測氣體(如煙氣)的氧分壓；

Ｒ-----氣體常數；

Ｆ-----法拉第常數；

Ｔ-----絕對溫度=( 273 + t ℃)；

Ｃ-----電池常數。

   參比氣體應為干燥清潔無油的空氣( 含氧20.60％ )。在參比氣側與被測氣體側氧濃度不同時，氧離子從高的一側遷移到低的一側。電池輸出就以對數的規律反應出被測氣體中的氧濃度值。

2 系統組成

   氧化鋯氧量分析儀的構成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀（又稱變送器、變送單元、轉換器、分析儀）以及它們之間的連接電纜等組成。

2.1 氧傳感器

   傳感器裝置由金屬外殼、測量電池、加熱器、熱電偶、過濾元件以及電纜接線端子等組成。測量電池本體分為3層：鉑(電極)─氧化鋯(電解質)─鉑(電極)。鉑電極是多孔性的。煙道氣體通過過濾器或校驗氣體通過傳導管進入測量電池被測氣體一側，而另一側為參比空氣(含氧20.60％)。

    兩種含氧濃度不同的氣體作用在測量電池，便產生一個以對數為規律的電勢(兩側的氧濃度差愈大, 電勢信號愈大)。毫伏信號經氧分析儀轉換成0—10mA或4－20mA標準電流。此電流由氧分析儀接線端子輸出。

    測量電池的工作溫度設置為高于650℃的恒定溫度, 為了保持工作溫度恒定，用一支Ｋ型熱電偶測量電池的工作溫度，經氧分析儀內的溫度控制器調節加熱器的加熱電壓。

當測量煙氣溫度高于700℃時，傳感器組成中省去加熱器和測溫熱電偶。

2.2 氧分析儀

   為了使測量電池的工作溫度達到700℃，氧分析儀接受傳感器中的Ｋ型熱電偶輸出的溫度mV信號，與微處理器預置溫度(毫伏)相比較，從而控制電池溫度。氧分析儀采用環境溫度作為熱電偶冷端比較點。

氧分析儀對氧傳感器輸入的氧mV信號進行放大，然后將放大的電壓信號經過 A/D轉換器轉換為數字信號。根據氧分析儀預先校準或者預置的氧傳感器測量電池的特性曲線，微處理器將數字信號轉變為相應的氧濃度值并顯示在氧分析儀顯示屏上，同時，將數字信號轉變為線性標準模擬電流信號0—10mA或4－20 mA輸出。

    氧分析儀在運行中連續不斷地進行系統自檢，而通過電纜對傳感器進行溫度控制、過熱保護和故障監督。若有故障出現，在分析儀儀顯示屏上顯示出故障。