氧化锆直插式氧分析仪的应用技术

直插式氧化锆氧分析器的突出优点是：结构简单、维护方便、反应速度快和测量范围广，特别是它省去了取样和样品处理环节，从而避免了许多麻烦，因而被广泛应用于各种锅炉和工业炉窑中。

直插式氧化锆氧分析器由氧化锆探头（检测器）和转换器（变送器）两部分组成，两者连接在一起的称为一体式结构，两者分开安装的称为分离式结构。本节介绍常用的分离式氧化锆氧分析器，以横河公司的产品为例，其系统配置如图7.3所示。

图7.3　分离式氧化锆氧分析器系统配置图

（1）氧化锆探头

图7.4是氧化锆探头的组成示意图，图7.5和图7.6分别是氧化锆元件的外形结构和工作原理图。

图7.4　氧化锆探头组成示意图

图7.5　氧化锆元件的外形结构图

图7.6中锆管为试管形，管内侧通被测烟气，管外侧通参比气（空气）。锆管很小，管径一般为10 mm，壁厚约1 mm，长度约160 mm。材料有以下几种：（ZrO2）0.85（CaO）0.15、（ZrO2）0.90（MgO）0.10、（ZrO2）0.90（Y2O3）0.10。(www.xing528.com)

内外电极为多孔形铂（Pt），用涂敷和烧结方法制成，长20~30 mm，厚度几个到几十个μm。铂电极引线一般多采用涂层引线，即在涂敷铂电极时将电极延伸一点，然后用ϕ0.3~0.4 mm的金属丝与涂层连接起来。

热电偶检测氧化锆探头的工作温度，多采用K型热电偶。加热电炉用于对探头加热和进行温控。过滤网用于过滤烟尘，也可采用陶瓷过滤器或碳化硅过滤器。参比气管路通参比空气，校准气管路在仪器校准时通入校准气。

图7.6　氧化锆探头的工作原理图

（2）转换器

转换器除了要完成对检测器输出信号的放大和转换以外，还要重点解决以下3个问题：

①氧浓差电池是一个高内阻信号源，要真实地检测出氧浓差电池输出的电动势信号，首先要解决与信号源的阻抗匹配问题。

②氧浓差电动势与被测样品中的氧含量之间呈对数关系，所以要解决输出信号的非线性问题。

③根据氧浓差电池的能斯特公式，氧浓差电池电动势的大小，取决于温度和固体电解质两侧的氧含量。温度的变化会给测量带来较大误差，所以还要解决检测器的恒温控制问题。

检测器有两个信号输出，一个是氧浓差电池输出的电动势信号，另一个是测温元件热电偶输出的电动势信号。信号处理部分包括氧浓差电动势信号处理回路和热电偶电势信号处理回路。