炉博望氧量表说明书.doc
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1、ZOA系列氧化锆氧分析仪说明书华北电力集团华北电科院北京博望东源科技有限公司目 录一、概述(3)二、工作原理(3)三、仪器组成和特点(4)四、重要技术指标(5)五、仪器设计说明(5)六、安装(7)七、调试及投运方法(13)八、故障检查及排除(15)九、附表(17) 1热电偶分度表 (17) 2氧电势与氧含量(E-P)对照表(750)(18)3氧电势与氧含量(E-P)对照表(700)(19)4电流输出与氧含量对照表(20)一、概述氧化锆氧分析仪是六十年代初逐渐发展起来的一种工业自动化控制仪表。它广泛用于电力、冶金、石油、化工、轻纺、造纸等工业领域的各种燃烧控制,收到节约能源、减少污染的目的,引起
2、各界的广泛重视。用于工业炉窑燃烧尾气氧量测量的氧化锆氧分析仪是通过控制风燃比,达成系统最佳燃烧,克制NOx和SOx的生成,来实现节能和环保之目的。较比其它测量方法它具有结构简朴,使用方便,直接插入烟道测量,反映速度快,测量范围宽,耐高温等一系列优点。该仪器已被列为国际国内标准化设计项目。当前,国内已有几种型号的氧化锆氧分析仪在运营中,涉及引进的产品,大多数传感器在寿命和准确度上不尽人意。我们在研究国内使用环境的同时,引进、消化、吸取国外先进技术的基础上,率先研制出ZOA系列新型氧化锆氧分析仪,生产许可证:京制00000393,为工业现代化服务作出奉献。该系列仪表具有如下特点1结构品种齐全,具有
3、直插式和导流直插式检测器结构,取样准确。2检测器采用全金属过滤器,可以有效过滤烟道粉尘,长期不堵,减少现场维护(该技术已获国家专利03202306.1)。3检测器内置电极保护网,延长使用寿命(该技术已获国家专利03267187.3)4首创定温式和浮温式一体的转换器设计,大大扩大使用范围和整机使用寿命。5转换器采用智能化设计,功能强,精度高,并设有各种功能键,随时检查仪器运营状态,具有自检、故障报警、保护功能。6仪器采用全浮空结构,提高稳定性和抗干扰能力。7仪器设有在线校准气路,随机可配标气,校准操作方便简捷。二、工作原理氧化锆氧分析仪的核心是由氧化锆氧固体电解质构成的一个浓差电池,即传感器:其
4、表达式:氧化锆氧固体电解质在高温下(600以上)对氧离子表现导电性,若将其加热到600以上,并使其两侧接触不同氧分压(浓度)时,在氧分压较高的一侧(比如空气)电极上(阳极),氧分子获得电子成为氧离子,氧离子进入氧化锆固体电解质的氧离子空穴中,从而使该电极带正电,氧离子通过氧化锆 的氧离子空穴迅速迁移到氧分压(浓度)低的一侧(阴度)电极上,释放电子还原为氧分子。使该电极带负电。其电极反映如下:阳极边:(Po)O24e202-阴极边:(Px)O2-4e02总反映:(Po)O2(Px)O2电极反映达成平衡后,就形成一个浓差电势E,根据能斯特定律,其值为: (1)式中:E 电势(mV)R 气体常数(=
5、1.987卡度克分子)F 法拉弟常数(=23060卡伏克当量)T 热力学温度(K)Po参比气体氧浓度百分数,假如是空气为20.6002Px被测气体氧浓度百分数()选定T=750(T=1023K),将有关数值代入,得出公式: (2)根据(2)式可知氧电势E和被测氧浓度Px成单值相应关系,即Px=f(E)习惯上称这种测氧方法为定温式或自温式测氧;若只检测氧化锆传感器温度而并不对其进行控制,则被测气体氧浓度Px由T和E两者决定,即Px=f(T.E)习惯上称这种测氧方法为浮温式或它温式测氧。就这两种测氧方法而言,定温式合用于被测气样温度较低的场合(低于600)而浮温式则对于中高温场合表现出更大的灵活性
6、。ZOA系列氧化锆氧分析仪将这两种方式融为一体,应认为是氧化锆测氧技术的一个进步。三、仪器组成和特点氧化锆氧分析仪主机由检测器和转换器及防尘罩组成。ZOA系列氧表属于直插式,(特殊环境可制成导流直插式)其构成如下:主机附件1、检测器1、标准气体2、转换器2、防磨保护管3防尘罩或过滤器3、安装法兰图1 系统组成示意图成套仪表上述主机单元必备,附机部分用户可根据需要自备或订购。1仪表属直插式结构,扩散式采样,由于传感器不直接经受样气冲刷,传感器寿命较长。2一方面提出采用低温测量,便于选取结构材料,探头整体寿命延长。3探头设计有校准气路和室温补偿器,可以就地进行在线校准,保证仪器灵敏,准确,操作方便
7、。4转换器智能化设计,多功能显示。数据解决部分采用80C196单片微机,精度高功能强,除显示传感器工作温度和被测气体氧含量之外,还可以显示传感器内阻及有关故障点,便于工作人员及时发现和解决。5独到的升温和控温系统把定温式和浮温式融合为一体,简化了设计,又大大的扩展了使用范围。6仪表采用全浮空结构设计,既解决了系统的接地问题,又有效地屏蔽系统之间的干扰,加之设计有在线校准程序,就提高了系统的稳定性,又保证了仪表的准确度规定。全套仪表还具有体积小,重量轻,安装维修方便等优点,大大减轻了操作人员的劳动量。四、重要技术指标:1测量对象:各种燃烧过程尾气的含氧量。2测量范围:010%、020.6%(VO
8、L%O2)3信号输出:010mA或420mA4转换器环境温度:10455检测器采样温度:A650 B6509006转换器型号:ZOA-1型 盘装 ZOA-2型 盘装 ZOA-3型 墙挂 ZOA-4型 盘装7检测器长度:180mm、400mm、600mm、1000mm或其它特定长度8校准方式:通标准气,建议使用1%(VOL%O2)9反复性:满量程2%10线性误差:2%(满量程)11工作电源:220VAC五、仪器的设计说明本氧化锆氧分析仪属于直插式结构,主机涉及检测器和转换器。另一方面还涉及炉体法兰、炉墙埋管、电缆线和标气等部件。下面就主机设计加以说明1检测器的设计检测器重要由氧化锆传感器、壳体、
9、加热炉和接线盒等部件组成。核心部件氧化锆传感器是由一支涂制好电极的氧化锆管,采用特殊的高温密封技术,牢固的粘结在一个耐高温合金钢金属法兰上做成的。用4支合金钢螺栓将其固定在检测器壳体上,中间加上一个金属垫,保证密封。上述工艺的规定是保证高温下工作不发生泄漏现象。(示意图如图2)图2 检测器示意图1标准气导管 2氧化锆传感器 3检测器壳体 4加热电炉 5热电偶 6检测器法兰 7参比气输入口 8标准气输入口 9接线盒检测器中的加热炉是供加热用的。它在热偶配合下,可使传感器稳定工作在合适的温度上。应指出加热炉最大加热功率只有80W,炉体涂有耐高温保温绝缘材料,设计合理,是保证该检测器使用寿命较长的措
10、施之一。检测器设计有校准气路,可进行就地在线校准。将标气按一定的流量由检测器尾 部接线盒上“标气入口”进入,通过校准导气管流到氧化锆传感器测量极,迅速得出 反映。应指出:校准管也是通过认真考虑的。它可以在极短时间内用标气排开和屏蔽本 底气,使测量结果灵敏、准确、可靠。由于检测器参比极直通大气,参比气靠热对流更新,故“参比气入口”只用于校准前对参比电极吹洗,平时直通大气。 注:标气入口密封螺钉用时打开,用后拧紧。接线盒是检测器和转换器“联络部”内设四对8根接线端子,通过电缆可将检测器产生的电信号和转换器发出的指令变成动作信号。2转换器的设计转换器重要由小信号隔离放大,单片机数据解决,显示及键盘,
11、电源组成。小信号隔离放大小信号隔离放大部分是由两路飞渡电容隔离小信号放大器构成,其中一路用于放大氧电势信号。另一路放大热电偶信号。其具有输入、输出、电源三隔离,抗干扰能力强的特点。是我们综合国内外先进技术研制而成的,对解决系统连接时的电位匹配,克制来自检测器以及系统各部分之间的干扰、串扰,屏蔽若干个装置之间的地电位等问题,具有独特之功效。 数据解决和显示 其由80C196单片机配以相应的外围电路构成。重要涉及模拟量转换,数据解决、显示、键盘、模拟量输出、控温等功能单元。如图3所示。模拟量转换部分:采用8路模拟开关4051,分时将所需转换的各路模拟量送入80C196单片机片内AD的ACH4口,完
12、毕AD转换。图3 转换器数据解决部分框图数据解决部分:是将氧电势信号折算到氧含量值,并送出相相应的模拟量输出值。实现温度值的采集运算,及仪表的修正等。显示键盘部分:采用4位LED数码显示氧含量及一些重要参数的数值、单位等。同时具有报警及故障符显示。键盘用以实现人机对话。以上功能由专用芯片8279完毕,减轻了CPU的承担。模拟量输出部分:由80C196高速输出口HSOO构成的10位PWM信号经平滑滤波、压流转换输出相应于氧含量的线性标准信号(010,420mA) 控温部分:传感器工作温度是一重要参数,必须对其检测,并加以控制。对于定温式测氧,我们将其控制在7502或7002,而对于浮温式我们只将
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