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量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學平衡原理計算出對應的氧濃度，達到監(jiān)測和控制爐內(nèi)燃燒空然比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達標的測量元件，廣泛應用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前的燃燒氣氛測量方式，具有結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優(yōu)點。運用該傳感器進行燃燒氣氛測量和控制既能穩(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)生的氧離子導電特性而設計的。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，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應，和氧離子的遷移。這時通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，可測到穩(wěn)定的毫伏級信號，我們稱之為氧電勢。它服從能斯特(Nernst)方程：式中E為氧傳感器輸出的氧電勢(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。實際應用時，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)則是被測氣體，就是我們要檢測的爐內(nèi)的氣氛，詳見圖1。氧傳感器輸出的信號就是氧電勢信號，通過能斯特方程我們就可以得到被測爐氣氛中的氧分壓和氧電勢的關系。參比氣為空氣時，可表示為：式中E為氧傳感器輸出氧電勢；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量出爐內(nèi)氧分壓濃度。 工程應用中采用標準氣體來標定氧傳感器輸出氧電勢E和氧分壓濃度PO2的對應關系，這種方法也是目前*的zui準確、zui直接的標定方法。

第二部分 HMP系列氧傳感器
一．HMP氧傳感器基本結構：
HMP氧傳感器的核心部件采用進口氧化鋯氧傳感器（詳見圖2），該氧化鋯氧傳感器自帶智能加熱裝置，提供穩(wěn)壓恒定控制信號即可快速達到使用溫度，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)整引導板方向，盡量使引導板正對氣流方向，這樣才能形成對檢測氣氛的氣體自導流。進口氧化鋯氧傳感器典型性能特性如下：零點誤差：￡±0.2mv ；交流電阻（1500赫茲）：（700℃）￡100 千歐；（1100℃）￡ 5 千歐。響應時間（700-1300℃）：￡1秒
二．HMP氧傳感器采樣、維護方式：　　
HMP氧傳感器采用氣氛自導流方式，導入被檢測氣氛，考慮工程現(xiàn)場的環(huán)境因數(shù)，設計有吹掃清除通道，可方便地對采樣引導管道進行吹掃工作，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，請參考圖3。
三．技術性能：
使用溫度：室溫～1100℃； 氧電勢顯示范圍：－50～1240mV；氧電勢輸出精度：±0.5mV； 響應時間：≤1秒；正常使用使用壽命：≥18個月。　　

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行的關鍵，許多使用問題均由于氧傳感器安裝不當造成的，希望用戶一定要特別注意這一點，安裝氧傳感器請盡量考慮氧傳感器的安裝要求：
一、采樣測量點：
確定測量點是首要的工作。應遵循如下幾項原則：
（1） 選擇的測量點要求能正確反映所需要的爐內(nèi)氣氛，以保證氧傳感器 輸出信號的真實性，盡量避開回風死角；
（2） 測量點不可太靠近燃燒點或噴頭等部位，這些部位氣氛處于劇烈反應中，會造成氧傳感器檢測值劇烈波動失真；也不要過于靠近風機等產(chǎn)氣設備，以免電機的震動沖刷損壞傳感器；
（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，探頭采樣管引導板的方向應該盡量正對被測氣流的方向，在初始安裝的時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的波動情況來確定。
（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，否則因為一般爐內(nèi)為負壓，該處法蘭接頭處漏氣會影響測量精度或造成信號波動。
（3）氧傳感器的信號引出線用屏蔽線，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輸出信號，一根2芯KVV控制電纜接探頭加熱連接端；如果現(xiàn)場條件不具備可直接使用一根4芯KVV電纜連接探頭氧電勢信號和加熱端。航空插頭焊腳說明如下（見圖4）：1． 加熱控制信號連接探頭航插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． 探頭測量氧電勢輸出信號連接3、4腳，注意該毫伏信號連接的正、負極，4腳白色線為正、3腳黑色線為負，信號線也可直接與引出線對焊連接。（4）HMP氧探頭的標氣口一般檢測的時候封閉，只是在標定氣體的時候使用；吹掃氣口連接氣泵或者壓縮空氣管路，吹掃口進氣一般用一個電磁閥等閥門控制，一定周期開啟一次，通入氣體吹掃采樣管，探頭正常檢測時閥門關閉，不能有其他氣體進入采樣管。在此特別說明一點，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，即對所采用的壓縮空氣必須進行氣水分離處理。