氧化鋯氧傳感器的原理

*部分 氧化鋯氧傳感器工作原理
一、產(chǎn)品簡介：
氧化鋯氧傳感器是利用氧化鋯陶瓷敏感元件測(cè)量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢(shì)，由化學(xué)平衡原理計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制爐內(nèi)燃燒空然比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達(dá)標(biāo)的測(cè)量元件，廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前的燃燒氣氛測(cè)量方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、維護(hù)容易、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用該傳感器進(jìn)行燃燒氣氛測(cè)量和控制既能穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源。
二、氧傳感器工作原理：
氧傳感器是利用穩(wěn)定的二氧化鋯陶瓷在650℃以上的環(huán)境中產(chǎn)生的氧離子導(dǎo)電特性而設(shè)計(jì)的。在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側(cè)的氣體中分別存在著不同的氧分壓(即氧濃度)時(shí)，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，和氧離子的遷移。這時(shí)通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，可測(cè)到穩(wěn)定的毫伏級(jí)信號(hào)，我們稱之為氧電勢(shì)。它服從能斯特(Nernst)方程：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢(shì)(mv)，Tk為爐內(nèi)的溫度（K），P1和P2分別為二氧化鋯兩側(cè)氣體的氧分壓。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將二氧化鋯的一側(cè)通入已知氧濃度的氣本（通常為空氣），我們稱之為參比氣。另一側(cè)則是被測(cè)氣體，就是我們要檢測(cè)的爐內(nèi)的氣氛，詳見圖1。氧傳感器輸出的信號(hào)就是氧電勢(shì)信號(hào)，通過能斯特方程我們就可以得到被測(cè)爐氣氛中的氧分壓和氧電勢(shì)的關(guān)系。參比氣為空氣時(shí)，可表示為：式中E為氧傳感器輸出氧電勢(shì)；Tk為爐內(nèi)的溫度；P02為爐內(nèi)的氧分壓。我們的氧傳感器產(chǎn)品帶有自加熱裝置，一般溫度保證在700℃，這樣TK數(shù)值基本是恒定的，從而通過上式可以直接測(cè)量出爐內(nèi)氧分壓濃度。 工程應(yīng)用中采用標(biāo)準(zhǔn)氣體來標(biāo)定氧傳感器輸出氧電勢(shì)E和氧分壓濃度PO2的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種方法也是目前*的zui準(zhǔn)確、zui直接的標(biāo)定方法。

第二部分 HMP系列氧傳感器
一．HMP氧傳感器基本結(jié)構(gòu)：
HMP氧傳感器的核心部件采用進(jìn)口氧化鋯氧傳感器（詳見圖2），該氧化鋯氧傳感器自帶智能加熱裝置，提供穩(wěn)壓恒定控制信號(hào)即可快速達(dá)到使用溫度，并保證傳感器在該恒定溫度下連續(xù)、穩(wěn)定工作。安裝該探頭需要調(diào)整引導(dǎo)板方向，盡量使引導(dǎo)板正對(duì)氣流方向，這樣才能形成對(duì)檢測(cè)氣氛的氣體自導(dǎo)流。進(jìn)口氧化鋯氧傳感器典型性能特性如下：零點(diǎn)誤差：￡±0.2mv ；交流電阻（1500赫茲）：（700℃）￡100 千歐；（1100℃）￡ 5 千歐。響應(yīng)時(shí)間（700-1300℃）：￡1秒
二．HMP氧傳感器采樣、維護(hù)方式：　　
HMP氧傳感器采用氣氛自導(dǎo)流方式，導(dǎo)入被檢測(cè)氣氛，考慮工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因數(shù)，設(shè)計(jì)有吹掃清除通道，可方便地對(duì)采樣引導(dǎo)管道進(jìn)行吹掃工作，以避免爐內(nèi)或管道內(nèi)的灰塵、煤灰、油雜質(zhì)等等堵塞采樣管，請(qǐng)參考圖3。
三．技術(shù)性能：
使用溫度：室溫～1100℃； 氧電勢(shì)顯示范圍：－50～1240mV；氧電勢(shì)輸出精度：±0.5mV； 響應(yīng)時(shí)間：≤1秒；正常使用使用壽命：≥18個(gè)月。　　

第三部分 氧傳感器的安裝
合理的安裝是保證氧傳感器可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，許多使用問題均由于氧傳感器安裝不當(dāng)造成的，希望用戶一定要特別注意這一點(diǎn)，安裝氧傳感器請(qǐng)盡量考慮氧傳感器的安裝要求：
一、采樣測(cè)量點(diǎn)：
確定測(cè)量點(diǎn)是首要的工作。應(yīng)遵循如下幾項(xiàng)原則：
（1） 選擇的測(cè)量點(diǎn)要求能正確反映所需要的爐內(nèi)氣氛，以保證氧傳感器 輸出信號(hào)的真實(shí)性，盡量避開回風(fēng)死角；
（2） 測(cè)量點(diǎn)不可太靠近燃燒點(diǎn)或噴頭等部位，這些部位氣氛處于劇烈反應(yīng)中，會(huì)造成氧傳感器檢測(cè)值劇烈波動(dòng)失真；也不要過于靠近風(fēng)機(jī)等產(chǎn)氣設(shè)備，以免電機(jī)的震動(dòng)沖刷損壞傳感器；
（3） 避免放在可能碰撞的位置，以免碰撞損壞探頭，保證傳感器的安全；
二．氧傳感器的安裝、連接方式：
（1）HMP氧探頭的安裝可采用水平或垂直方式，垂直安裝是比較理想的安裝方式。不管采用何種方式，探頭采樣管引導(dǎo)板的方向應(yīng)該盡量正對(duì)被測(cè)氣流的方向，在初始安裝的時(shí)候可以通過了解工藝確定基本方向。zui終確定比較好的引導(dǎo)方向，需要在系統(tǒng)通電加熱探頭以后，旋轉(zhuǎn)采樣管方向，使用數(shù)字萬用表觀察輸出氧電勢(shì)的波動(dòng)情況來確定。
（2） 氧傳感器安裝所用接頭為法蘭接頭。如用戶有其它類型的接頭，只要安裝尺寸相同，符合密封要求也可替代本接頭。氧傳感器的接頭上，按要求需要配裝石棉墊壓接，以確保密封，否則因?yàn)橐话銧t內(nèi)為負(fù)壓，該處法蘭接頭處漏氣會(huì)影響測(cè)量精度或造成信號(hào)波動(dòng)。
（3）氧傳感器的信號(hào)引出線用屏蔽線，可以消除干擾。的方式是使用2根2芯電纜，一根2芯屏蔽電纜接氧電勢(shì)輸出信號(hào)，一根2芯KVV控制電纜接探頭加熱連接端；如果現(xiàn)場(chǎng)條件不具備可直接使用一根4芯KVV電纜連接探頭氧電勢(shì)信號(hào)和加熱端。航空插頭焊腳說明如下（見圖4）：1． 加熱控制信號(hào)連接探頭航插1、2腳，我們已經(jīng)引出紅、黃兩種顏色線，控制線可直接焊接連接；2． 探頭測(cè)量氧電勢(shì)輸出信號(hào)連接3、4腳，注意該毫伏信號(hào)連接的正、負(fù)極，4腳白色線為正、3腳黑色線為負(fù)，信號(hào)線也可直接與引出線對(duì)焊連接。（4）HMP氧探頭的標(biāo)氣口一般檢測(cè)的時(shí)候封閉，只是在標(biāo)定氣體的時(shí)候使用；吹掃氣口連接氣泵或者壓縮空氣管路，吹掃口進(jìn)氣一般用一個(gè)電磁閥等閥門控制，一定周期開啟一次，通入氣體吹掃采樣管，探頭正常檢測(cè)時(shí)閥門關(guān)閉，不能有其他氣體進(jìn)入采樣管。在此特別說明一點(diǎn)，使用廠方的壓縮空氣吹掃探頭必須保證壓縮空氣中不含有水份，即對(duì)所采用的壓縮空氣必須進(jìn)行氣水分離處理。