JGY-12B型氧化锆分析仪的工作原理和使用

2010-04-17张海燕

山西建筑 2010年30期

张海燕王琦

0 引言

氧化锆氧量计可以用来连续地分析各种工业窑炉烟气中的氧含量以保证最佳的空气燃料比,达到节能及环保的双重效果。

1 氧化锆氧量计的工作原理

氧化锆在常温下为单斜晶体,当温度升高到1150℃左右时,晶体排列为立方晶体。如果在氧化锆中掺入一定数量的氧化钙或氧化钇,其晶体变为不随温度变化的稳定的萤石型立方晶体。此时,四价的锆被二价的钙或三价的钇置换,同时产生了氧离子的空穴。在600℃～1200℃高温下,空穴型的氧化锆就变成了良好的氧离子导体,因此说,氧化锆为固体电解质。

在氧化锆电解质的两侧各烧结一层多孔铂电极,形成了氧浓差电池如图1所示。电池左边是被测的烟气,它的氧含量一般为4%～6%,设氧分压为 p1,氧浓度为 φ1。电池的右边是参比气体,如空气,它的氧含量一般为20.8%,氧分压为 p2,氧浓度为 φ2。在温度 T=850℃时,氧化锆氧浓差电池的工作原理可用式(1)表示:

在正极上氧分子得到电子成为氧离子,在负极上氧离子失去电子成为氧分子。只要电极两侧存在氧气浓度差,即氧分压力不相等,也就是 p1≠p2,就会有电动势存在,即氧浓差电势,其大小

可以用能斯特方程表示:

其中,E为氧浓差电势;R为气体常数;F为法拉第常数;T为绝对温度;n为反应时一个氧分子输送的电子数,n=4;p1为被测气体的氧分压;p2为参比气体的氧分压。

如果被测气体和参比气体的压力均为p,则有:

该电势在一侧氧浓度固定时,仅与另一侧氧浓度有关。

2 JGY-12B氧量分析仪操作简介

2.1 仪表功能简介

JGY-12B氧量分析仪面板如图2所示,仪表面板上由4只数码管、32只指示灯和6只控制键组成。仪表有运行、校验、设定、初始和调试五种状态。数码管根据需要可显示不同的测量值或设定值;数码管下边有1只加热指示灯和6只量纲指示灯,加热灯与仪表的加热输出信号同步闪亮,量纲灯同步提示仪表测量值或设定值的量纲;另外25只指示灯以五排五列组成一个方阵。右边第一列是仪表的工作状态指示灯,从上到下依次为运行、校验、设定、初始和调试五种工作状态。其余20只是具体功能指示灯,指示仪表的一种工作功能状态。

仪表不管工作在任何状态,停留5 min不按键将自动进入运行状态的温度显示或氧量显示。在仪表的具体功能指示灯亮时,可按←,→键切换仪表的不同具体功能,当切换到右边第一只状态指示灯亮时,可通过按↑,↓键切换仪表的不同工作状态。

2.2 仪表具体功能的设定操作

1)运行状态。仪表运行状态功能指示灯均在第一排。分别显示氧量、氧电势、热电势、探头工作温度四个测量值。当系统出现故障情况,如氧化锆信号开路或接反及热电偶信号开路或接反时,数码管显示出错信号“Err”,此时仪表仍然继续加热,但是输出电流为零。本状态主要用于系统投运时探头升温阶段监视。

2)校验状态。校验状态功能指示灯均在指示灯方阵第二排。仪表校验状态分氧化锆探头的本底电势标定和预置标气标定和两个标定后的校验修正值组成。

3)设定状态。仪表的设定状态分输出方式、量程范围、冷端补偿、标气预置值四个用户参数设定部分组成。状态功能指示灯均在指示灯方阵的第三排。a.设定仪表的电流输出方式。仪表的电流输出分0 mA～10 mA或4 mA～20 mA两种方式。进入设定输出方式功能状态后,数码管可显示 0～10或4～20。b.设定仪表的测量范围。仪表的量程范围分0%O2～5%O2,0%O2～10%O2,0%O2～20%O2或0%O2～100%O2四种方式。进入设定量程范围功能状态后,数码管可显示5,10,20或100。c.设定仪表的冷端补偿。由于探头安装部位的环境温度比较稳定,因此热电偶的冷端采用固定补偿方法能够保证系统测量的精度要求。进入设定冷端补偿功能状态后“冷端补偿”灯亮,数码管显示仪表冷端补偿值,量纲灯“℃”亮。通过按↑,↓键调整欲设定的冷端补偿值,每按一次键步进值增减5℃,冷端补偿的设定范围是0℃～80℃。d.设定系统定标的标气预置值。进入设定标气预置值功能状态,数码管显示原设定数值。通过按↑,↓键调整欲设定的标气预置值,每按一次键步进值增减0.01%,标气预置值的设定范围3.00%～7.00%。

4)初始状态。仪表的初始状态分氧化锆信号Ez和热电偶信号Et的零点、满度外校四个操作部分组成。状态功能灯均在第四排。a.氧化锆信号Ez的零点及满度外校操作方式。用电位差计作信号源,正确接入仪表的氧化锆Ez正负输入端。切换到“Ez 0 mV”灯亮,数码管显示外校信号的测量值。电位差计送0 mV,数码管显示0 mV左右;此时,要连按三个确定键才有效,数码管则显示外校后的0 mV测量值,按←或→键退出。同样表计通过按键移动切换到“Ez 50 mV”灯亮,电位差计改送50 mV后,数码管显示50 mV左右;此时,连按三下确定键,数码管正确显示仪表外校后的50 mV测量值,按←或→键退出。b.热电偶信号Et的零点及满度外校操作方式。把电位差计接入仪表的热电偶Et的正负输入端。之后操作同上步。外校操作键按三下确定键才有效是为防止误操作。外校过程中,当数码管显示Err出错信息,应检查外校信号的极性和数值是否正确。

5)调试状态。仪表的调试状态分低量程输出电流、高量程输出电流、电流输出阻尼和仪表显示阻尼四个调试部分。状态功能指示灯均在第五排。a.仪表低量程电流输出的调试方式。当仪表切换到低量程输出显示状态时,数码管根据已设定参数显示10%量程范围对应输出的电流值,且与探头的输入信号无关。此时可以排除氧化锆探头的故障,着重检查系统输出信号的显示、记录部分是否正常。如发现仪表实际输出电流有误差,亦可利用仪表面板上的↑或↓键手动调整仪表输出电流。每按一次键,仪表的输出电流步进值大约增减0.1 mA,调试只对仪表的输出电流起作用,不影响仪表原来的氧量显示值。b.仪表高量程电流输出的调试方式。切换到高量程输出状态时,数码管根据已设定参数显示90%量程范围对应输出的电流值,调试方式同低量程电流输出。