氧化锆氧分析仪的工作原理

它是根据电化学中的浓度差原理设计的。氧化锆是一种固体电解质，在高温下只能传输不同的氧离子。多孔铂电极安装在氧化锆的两侧。一个铂电极与已知氧含量的气体(如空气)完全接触，另一个铂电极与待处理一侧的含氧气体完全接触。当两侧气体中的氧浓度不同时，高浓度一侧的氧分子从铂电极获得电子，成为氧离子，使铂电极成为电池的阴极。

氧化锆测量原理

氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2.Y2O3，它由二元氧化物组成，其中ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体。因此，纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以，当在ZrO2掺入一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴；另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后仍保留立方晶体。因此，又称它为稳定氧化锆。据上述分析，稳定氧化锆在高温下(650℃)是氧离子的良好导体。

典型的氧化锆传感器是，这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。

其池电势由能斯特方程给出：。在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%)时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。

在实际应用中，由于仪表出厂检验的量程(0-10%)与现场需求(0-25%)不同，并且出厂后经过较长时间才安装使用，导致氧量计测量值发生偏差，其测量空气含氧量为19%左右，与实际情况有较大偏差。经现场检查调试发现，其原因与E的补偿值(本底电势)有关。

氧化锆氧量分析仪系统组成

系统组成

氧化锆氧量分析仪的构成是由氧传感器(又称氧探头、氧检测器)、氧分析仪（又称变送器、变送单元、转换器、分析仪）以及它们之间的连接电缆等组成。

氧传感器        

传感器装置由金属外壳、测量电池、加热器、热电偶、过滤元件以及电缆接线端子等组成。测量电池本体分为3层：铂(电极)─氧化锆(电解质)─铂(电极)。铂电极是多孔性的。烟道气体通过过滤器或校验气体通过传导管进入测量电池被测气体一侧，而另一侧为参比空气(含氧20.60％)。

两种含氧浓度不同的气体作用在测量电池，便产生一个以对数为规律的电势(两侧的氧浓度差愈大, 电势信号愈大)。毫伏信号经氧分析仪转换成0—10mA或4－20mA标准电流。此电流由氧分析仪接线端子输出。

测量电池的工作温度设置为高于650℃的恒定温度, 为了保持工作温度恒定，用一支Ｋ型热电偶测量电池的工作温度，经氧分析仪内的温度控制器调节加热器的加热电压。

当测量烟气温度高于700℃时，传感器组成中省去加热器和测温热电偶。

氧分析仪

为了使测量电池的工作温度达到700℃，氧分析仪接受传感器中的Ｋ型热电偶输出的温度mV信号，与微处理器预置温度(毫伏)相比较，从而控制电池温度。氧分析仪采用环境温度作为热电偶冷端比较点。

氧分析仪对氧传感器输入的氧mV信号进行放大，然后将放大的电压信号经过 A/D转换器转换为数字信号。根据氧分析仪预先校准或者预置的氧传感器测量电池的特性曲线，微处理器将数字信号转变为相应的氧浓度值并显示在氧分析仪显示屏上，同时，将数字信号转变为线性标准模拟电流信号0—10mA或4－20 mA输出。

氧分析仪在运行中连续不断地进行系统自检，而通过电缆对传感器进行温度控制、过热保护和故障监督。若有故障出现，在分析仪仪显示屏上显示出故障。

氧化锆氧量分析仪的安装与使用维护

氧化锆氧量分析仪的安装与连接方式

1.氧化锆探头的安装可采用水平或垂直方式，垂直安装是比较理想的安装方式。不管采用何种方式，探头采样管引导板的方向应该尽量正对被测气流的方向，在初始安装的时候可以通过了解工艺确定基本方向。很终确定比较好的引导方向，需要在系统通电加热探头以后，旋转采样管方向，使用数字万用表观察输出氧电势的波动情况来确定。

2.氧化锆氧量分析仪安装所用接头为法兰接头。如用户有其它类型的接头，只要安装尺寸相同，符合密封要求也可替代本接头。氧传感器的接头上，按要求需要配装石棉垫压接，以确保密封，否则因为一般炉内为负压，该处法兰接头处漏气会影响测量精度或造成信号波动。

3.氧化锆氧量分析仪的信号引出线很好用屏蔽线，可以消除干扰。很佳方式是使用2根2芯电缆，一根2芯屏蔽电缆接氧电势输出信号，一根2芯KVV控制电缆接探头加热连接端；如果现场条件不具备可直接使用一根4芯KVV电缆连接探头氧电势信号和加热端。

氧化锆氧量分析仪使用和维护

1.连接加热控制：

特别提醒：只有在氧化锆氧量分析仪连接了加热控制以后传感器才能正常工作，冷态下输出的是随机信号，不代表任何意义！HMP氧传感器在接入加热控制以后，在室温条件下既可以开始正常的气氛检测。一般的探头调低就是在室温下，加热探头以后通过对空气的测量，用数字万用表测量此时探头输出毫伏值，此数值就是该探头的低位偏差数值，在显示仪表中需要加入该低位偏差来修正仪表显示的氧浓度。

2.新装或更换氧化锆氧量分析仪时的注意事项：

特别提醒：用户新装或更换氧化锆氧量分析仪时，均应校正氧分析仪的氧浓度显示值。不进行此项工作，更换新的传感器后，氧分析仪检测的氧浓度可能会与实际浓度产生偏差，从而影响生产。