氧化锆分析仪原理及常见故障处理方法ppt课件.ppt

氧化锆分析仪原理及常见故障处理方法摘要前言1.氧化锆检测原理综述图1氧化锆测氧电池结构原理图这里，我们注意到氧化锆管的材质并非纯的氧化锆（ZrO2）而是氧化锆和氧化钇（Y2O3）的混合物。这是因为纯氧化锆晶体属单斜晶体在高温下要发生相变，它是不稳定并且也不导电的。只有在氧化锆中掺入10%的氧化钇（Y2O3），原纯氧化锆中的四价锆离子被三价钇离子取代形成了具有氧离子空穴的立方体晶格形式的晶体结构，从而使新的氧化锆在高温下稳定并且不发生相变，这种新的氧化锆叫稳定氧化锆，俗称氧化锆。这样，在氧化锆的参比电极边（图一中管内PO侧）流过参比空气；在测量电极边（图一中管外P侧）流过待测气体，例如烟气。当测氧电池处于高温时（>650℃）电池导通，便形成了一个氧浓差电池。此时，如果参比侧（空气）的氧分压PO大于待测气体氧分压P，则PO侧的氧分子渗入多孔铂电极，在铂电极的催化作用下夺取电子变成氧离子，在氧化锆中一个氧离子进入离子空穴并通过离子空穴迅速迁移到测量边，放出电子变成氧分子，从另一侧铂电极中放出来。其过程如图2所示。图2氧化锆氧浓差电池工作原理图在此过程中，PO侧的氧分子在铂电极上将发生如下反应：
O2+4e2O2-
即氧分子从电极上夺取4个电子形成2个氧离子，进入氧化锆管的氧离子空穴，结果使参比电极带正电。氧离子通过空穴迅速迁移到测量变P侧，将4个电子交于测量电极，变成一个氧分子，使测量电极带负电，其反应为：
2O2-O2+4e
显然，上述电极反应在两电极间产生了一个电势。在该电势作用下，又将促使部分O2-作反向运动，当氧浓差引起的氧离子正向迁移量等于电势引起的反向迁移量时，该电池达到平衡状态。于是，在两电极间便形成了一个与氧浓差有关的电势即氧浓差电势，该电势的大小可由能斯特方程求出。由此，在已知R﹑F﹑n和PO以及固定T的情况下，只要检测出氧浓差电势就可以利用能斯特方程计算出待测烟气中的氧含量了。在实际工作中为了计算的方便，将计算式中的自然对数换算成常用对数，则能斯特方程变形为：

（1）
如果将温度选定在750℃（绝对温度T为1023K），则（1）式简化为：

（2）
根据（2）式就可以计算得到750℃（绝对温度T为1023K）时，氧化锆氧浓差电势与待测氧含量的对照表。同理，利用（1）式也可以求出不同工作温度下的氧化锆氧浓差电势与待测氧含量的对照表，其表如下：.由上表我们便可以非常方便地根据氧浓差电势求得待测气体中的氧含量了。由此得到这样的结论：即在氧化锆工作温度下随着待测气体中的氧含量的增加氧浓差电势也随之呈常用对数关系逐渐增加，当待测气体中的氧含量低于空气中的氧含量（20.6％）时，氧浓差电势为负值，当待测气体中的氧含量等于空气中的氧含量（20.6％）时，氧浓差电势为为零，当待测气体中的氧含量高于空气中的氧含量（20.6％）时，氧浓差电势为正值。其关系曲线见（图3）。
由（图3）可以看出在氧化锆工作温度下，当待测气体中的氧含量低于空气中的氧含量（20.6％）时，随着待测气体中的氧含量的逐渐增大，温度的变化对氧浓差电势大小的影响逐渐减小，同样，在此情况下随着待测气体中的氧量的逐渐降低，温度的变化对氧浓差电势大小的影响逐渐增大，因此氧化锆工作温度的严格控制是氧化锆氧分析仪准确测量的重要条件之一。.1.2氧化锆氧分析仪转换器工作原理1.2.1恒温控制部分1.2.2氧浓差电势转换部分1.2.3电源部分图4氧化锆氧分析仪转换器基本工作原理简图氧化锆氧分析仪转换器一般采用模拟电路和数字电路以及单片机等集成电路组成，电路相对简化，并且尽量压缩阻容元件的使用，从而使调整点减少，基本实现了免维护的功能。它与不同结构的氧化锆检测器结合可以组成适用于不同条件下的各种类型的氧化锆氧分析仪。1.3氧化锆氧分析仪检测器的结构1－氧化锆元件；2－加热器；3－标气入口；4－热电偶；
5－过滤器；6－接线板；7－安装法兰；8－外壳；9－密封圈
图5直插形氧化锆检测器结构原理图1.3.2高温直插型氧化锆氧分析仪1－导流管；２－导流隔板；３－炉壁安装法兰；4－探头安装法兰
5标气入口；6－检测探头；7－电缆接口
图6导流式直插型氧化锆氧分析仪结构原理图1.3.4抽吸式垂直插入型氧化锆氧分析仪图7抽吸式垂直插入型氧化锆氧分析仪结构原理图通过对氧化锆实际检测用能斯特方程的推导，明确了氧浓差电势与氧含量之间的关系并列出了测量过程中影响氧浓差电势的相关因素，简化了测量出现偏差时的验证工作。同时，运用推导出的简化方程分别计算并做出了不同工作温度下氧浓差电势与待测氧含量的对照表和相应的变化曲线图，阐明了氧化锆检测过程中工作温度恒定的重要性。依据氧化锆检测原理说明了氧化锆转换器的结构组成，介绍了几种常用氧化锆检测器的结构特点和相应的使用环境，为各种类型氧化锆使用过程中遇到的共性