HCZO-III型直插式氧化锆氧量自动分析仪是在总结国内外多年研究和应用经验后，研制成功的新型氧量分析仪，适用于分析各种工业锅炉、窑炉及加热炉中烟气的含氧量。它的主要特点是氧探头的结构设计及铂电极的化学配方、制作工艺充分考虑了被测炉气组分极端复杂这一特点，可保证氧探头在水平直插条件下应用时具有足够长的寿命。而其信号转换部分以单片微处理器为，通过软件实现仪表大部分功能，硬件配置重点强化仪表的抗干扰措施。

从提高氧量测量值可靠性入手，延长氧探头的连续使用寿命，并使仪表具备与氧探头要求相适应的自诊断功能及抗干扰能力。本仪表在改进氧化锆的配方和完善氧化锆头金属化工艺及仪表信号转换器实现智能化等方面有较大改进，具体内容如下：

⑴ 改进氧化锆的配方和烧制工艺，使其具有较高的电导率和致密度。

⑵ 多孔性铂电极的化学配方及制作工艺可保证氧化锆探头在锅炉烟气氛中有足够的使用寿命。

（3）仪表具有多种线性量程选择。

（4）仪表温度控制系统所给出的升温曲线能满足氧化锆材料对升温速度的要求。

（5）仪表信号具有必要的自诊断功能。

1.工作原理

本仪器依据浓差电池原理构成，和其它电池一样，它具有两个半电池，而在两电极之间，用氧化锆作固体电介质。

在高温下，当氧化锆两侧有氧浓差时，就形成了氧浓差电池，电池电动势的大小可根据Nernst公式计算，即：

式中： E—浓差电池输出，mV;                 n—电子转移数，在此为 4；

R—理想气体常数，8.314 W·S／mol；     F—法拉第常数，96500 C；

T—温度，K； P″O₂—高浓度侧氧分压； P′O₂—低浓度侧氧分压。

当电池工作温度固定于700℃时，上式为：

由上式可知，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，这就是氧化锆氧量自动分析仪的测氧原理。

2.主要技术参数

2.1测量范围

显示：0～25.0 %O₂：(三位数字显示)

模拟量输出(线性)：0～5.00 %O₂，0～10.0 %O₂、0～25.0 %O₂

2.2测量：3% (满量程)

2.3响应时间：＜5S(90%测量值)

2.4温度：700±1℃

2.5显示内容：氧浓(O₂%)、氧势(mV)、炉温(℃)、加热电压（V）、

            量程上、下限（O₂%）、报警上、下限（O₂%）

2.6键盘设定：探头零电势校正, 报警上、下限设定，

2.7自诊断内容及故障类别符号：

E—0 氧量上限    E—1 氧量下限   E—2 温度异常(高)

E—3 温度异常(低) E—4 升温异常(快) E—5 升温异常(停)

E—6 氧势异常     E—7 断偶

2.8输出： 0—10mA 或 4—20mA

2.9负载电阻：0-1.0 kΩ(0-10mA输出), 0-500Ω(4-20mA输出)

2.10氧探头长度为0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m。

3.使用条件

3.1信号转换器的使用条件

3.1.1仪器安装环境应无易燃、易爆和强腐蚀性气体，并要求通风良好。

3.1.2工作环境温度：0-50℃

3.1.3工作环境湿度：＜90%

3.1.4供电电压：220V.AC±10% 50Hz

3.1.5功率消耗：＜200W

3.2氧探头的现场安装条件

 氧探头的现场安装场所必须满足下列条件：

3.2.1避开震动场合；

3.2.2要有足够的工作空间。

3.2.3烟气温度和压力要在仪器规定范围内。(烟气温度<700℃)

4.仪器的组成

整套仪器由氧探头、信号转换器及有关附件组成。

4.1氧探头

  氧探头由防尘装置、氧化锆管、加热电炉、测温热电偶、接线盒以及壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能，提高使用寿命。

  氧化锆管是该检测器的，由它产生氧浓差电势信号，使用时应注意避免剧烈震动，以免损坏。

  氧探头内加热电炉的作用是提供氧化锆元件正常工作所需的温度，为延长加热电炉的寿命，在工艺上做了特殊的处理。由于氧探头本身带有加热装置，因而在低于700℃的环境中仍能正常工作。

4.2信号转换器

   HCZO-III型氧化锆氧量自动分析仪的信号转换器实际上是一个小型的测控系统，由单片机作为中央控制系统。

将来自氧探头的模拟信号(氧势、热电势)分别转换成0-10KHz调频信号，经光电隔离后送至计算机，采用调频方式能将仪表输入、输出相互隔离，这样就消除了诸如大电流跳变所引起的干扰，能够克服高共模电压，因而大大提高了仪表的抗干扰能力。应用程序主要由主程序和子程序组成，所有的程序都采用模块结构编制，便于修改、增加软件功能，以满足不同用户的特殊需要。程序运算采用了三位浮点数，保证了运算的，对氧浓、炉温的计算，采用查表线性插值法，对炉温的控制采用增量式PID算式控制。信号转换器的电气原理框图见图1

断偶检测

电偶  放大  V/F  光隔  整形                    三位LED显示

ZrO₂    放大  V/F  光隔  整形                    十位键盘

电炉    固态继电器    光隔过零检测                光隔  F/ I 

                                      报警

氧探头           信号转换器

图1 信号转换器电气原理框图

5.仪器的安装

5.1取样点位置的选择

选择取样点的原则有:

5.1.1所取的气样能快速反映工艺状态的变化情况，即气体要具有代表性；

5.1.2取样点的温度、压力、流量等参数不应变化太大；

5.1.3氧探头插入深度应达到烟道气流部位，避免死区；

5.1.4切忌在管道、烟道底部开口取样；

5.1.5取样点附近炉堂、烟道应无泄漏，否则将造成测量误差；

5.1.6要选择在易于维护、检修的地方。

5.2氧探头的安装

氧探头的安装参照图3、 图4、进行

预先加工好带法兰的Φ76mm设备短节，按要求选好取样位置(炉壁或管道)，开一个Φ76的孔，将短节以水平方式焊接到设备上，焊接时要保证焊接处不漏气。对带余热锅炉流程，在选定取样点位置后，Φ76mm设备短节应根据保温厚度适当加长穿过炉体保温砖，与炉体钢壳焊牢，露出部分长度约60mm。必须注意：应保证设备短节与炉体保温砖之间的密封，不能泄漏。把氧探头插入短节，在短节法兰与氧探头法兰间垫上2-4mm厚的石棉垫，旋紧4个螺栓，使其不漏气即可。

注意:由于探头的参比气是靠空气自然对流提供的,探头必须水平安装, 参比气和标准气接口相应朝下.探头端部防护套管的缺口位置(可调整方向)也应垂直向下,以防积灰.

5.3信号转换器的安装

信号转换器的外形尺寸：水平×垂直×深   160×80×250mm

仪表盘面的开孔尺寸：水平×垂直    152⁺¹×76^+1mm

信号转换器用随机配备的安装夹板及螺丝安装在仪表盘上，亦可安装在现场仪表保

护箱内。

5.3.1信号转换器与氧探头之间的连接

信号转换器盘装于控制室,氧探头安装于现场,它们之间连接线有：氧势信号线两根采用RVVP2×1.5带屏蔽二芯电缆线敷设、电偶冷端补偿导线两根，采用K分度号KX-G型2×1.5带屏蔽二芯补偿导线敷设、电炉加热线两根，采用RVV2×2.5二芯电缆线敷设。信号转换器与氧探头之间的接线见图3。

    信号转换器                               氧探头

      电 偶 AD590 报警 电 炉                                        

                                                锆 头   电 偶   电 炉      

          氧 势 4-20mA 报警 220VAC                                      

图6 信号转换器与氧探头接线图

5.3.2接线时应注意下列要求:

5.3.2.1加热线与信号线应分开穿管；

5.3.2.2锆管的氧势、热电偶温度补偿信号线都是具有极性的信号线，安装时应注意极性的正确连接。