| 式中：E-濃差電池輸出，mV; n-電子轉(zhuǎn)移數(shù)，在此為4;
R-理想氣體常數(shù)，9.314 W*S/mol; F-法拉第常數(shù),96500 C;
T-溫度,K; P"Q-高濃度側(cè)氧分壓; P’Q-低濃度側(cè)氧分壓。
當電池工作溫度固定于700℃時，上式為：  由上式可知，在溫度700℃時，當固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣（20.6%）時，由濃差電池輸出電動勢E，就可以計算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動分析儀的測氧原理。 2.主要技術(shù)參數(shù) 2.1 測量范圍 顯示：0~25.0%？：（三位數(shù)字顯示） 模擬量輸出（線性）：0~5.00%？，0~10.0%？，0~25.0%？ 2.2 測量精度：3% 2.3 響應時間：≤5S（90%測量值） 2.4 溫度精度：700±1℃ 2.5 顯示內(nèi)容：氧濃（）、氧勢（mV）、爐溫（℃）、加熱電壓（V）、量程上、下限（）、報警上、下限（） 2.6 鍵盤設定：報警上、下限設定，探頭零電勢校正 2.7 自診斷內(nèi)容及故障類別符號： E-0 氧量上限 E-1 氧量下限 E-2 溫度異常（高） E-3 溫度異常（低） E-4 溫度異常（快） E-5 溫度異常（停） E-6 氧勢異常 E-7 斷偶 2.8 輸出：0-10mA 或 4-20mA 2.9 負載電阻：0-1.6kΩ（0-10mA輸出），0-800Ω（4-20mA輸出） 2.10 檢測器長度為0.2m、0.4m、0.8m、1.0m、1.2m。 3 使用條件 3.1 信號轉(zhuǎn)換器的使用條件 3.1.1 儀器安裝環(huán)境應無易燃、易爆和強腐蝕性氣體，并要求通風良好。 3.1.2 工作環(huán)境溫度：0-50℃ 3.1.3 工作環(huán)境溫度：≤90% 3.1.4 供電電壓：220V.AC±10%Hz 3.1.5 功率消耗：150W 3.2 氧量檢測器的現(xiàn)場按裝條件 檢測器的現(xiàn)場按裝場所必須滿足下列條件： 3.2.1 避開震動場合； 3.2.2 要有足夠的工作空間。 3.2.3 煙氣溫度和壓力要在儀器規(guī)定范圍內(nèi)。（煙氣溫度＜650℃） 4 儀器的組成 整套儀器由氧量檢測器、信號轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。 4.1 氧量檢測器 氧量檢測器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測溫熱電偶、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)，以增加整個裝置的密封性能，提高使用壽命。 氧化鋯管是該檢測器的核心，由它產(chǎn)生氧濃差電勢信號，使用時應注意避免劇烈震動，以免損壞。 檢測器內(nèi)加熱電爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度，為延長加熱電爐的壽命，在工藝上做了特殊的處理。由于檢測器本身帶有加熱裝置，因而在低于600℃的環(huán)境中仍能正常工作。 4.2 信號轉(zhuǎn)換器 Zr02-Ⅱ型微機化氧量自動分析儀的信號轉(zhuǎn)換器實際上是一個小型的測控系統(tǒng)，由單片機作為控制系統(tǒng)。 將來自氧量檢測器的模擬信號（氧勢、熱電勢）分別調(diào)制成0-10KNz調(diào)頻信號，經(jīng)光電隔離后送至計算機，采用調(diào)頻方式能將儀表輸入、輸出相互隔離，這樣就消除了諸如大電流跳變所引起的干擾，能夠克服高共模電壓，因而大大提高了儀表的抗干擾能力。應用程序主要由主程序和子程序組成，所有的程序都采用模塊結(jié)構(gòu)編制，便于修改、增加軟件功能，以滿足不同用戶的特殊需要。程序運算采用了三位浮點數(shù)，保證了運算勞動精度，對氧濃、爐溫的計算，采用查表線性插值法，對爐溫的控制采用增量式PID算式控制。信號轉(zhuǎn)換器的電氣原理框圖見圖1 5 儀器的安裝
5.1 取樣點位置的選擇
選擇取樣點的原則有：
5.1.1 所取的氣樣能快速反映工藝的變化情況，即氣體要具有代表性；
5.1.2 取樣點的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應變化太大；
5.1.3 氧檢測器插入深度應達到煙道氣流部位，避免死區(qū)；
5.1.4 切忌在管道、煙道底部開口取樣；
5.1.5 取樣點附近爐膛、煙道應無、泄漏，否則將造成測量誤差；
5.1.6 要選擇在易于維護、檢修的地方。
5.2 氧量檢測器的安裝
氧量檢測器的安裝參照圖3、圖4、進行 預先加工好帶法蘭的φ76mm設備短節(jié)，按要求選好取樣位置（爐壁或管道），開一個φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設備上，焊接時要保證焊接處不漏氣。對帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點位置后，φ76mm設備短節(jié)應根據(jù)保溫厚度適當加長穿過爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長度約60mm。必須注意：應保證設備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把檢測器插入短節(jié)，在短節(jié)法蘭與檢測器法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個螺栓，使其不漏氣即可。
注意：由于探頭的參比氣是靠空氣自然對流提供的，探頭必須水平安裝，參比氣和標準氣接口相應朝下。探頭端部防護套管的缺口位置（可調(diào)整方向）也應垂直向下，以防積灰。
5.3 信號轉(zhuǎn)換器的安裝
信號轉(zhuǎn)換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm
信號轉(zhuǎn)換器的開口尺寸：水平×垂直 152－1×76－1mm
信號轉(zhuǎn)換器用隨機配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現(xiàn)場儀表保護箱內(nèi)。
5.3.1 信號轉(zhuǎn)換器與檢測器之間的連接
信號轉(zhuǎn)換器盤裝于控制室，氧量檢測器安裝于現(xiàn)場，它們之間連接線有：氧勢信號線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設、電偶冷端補償導線兩根，采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補償導線敷設、電爐加熱線兩根，采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設。
5.3.2 接線時應注意下列要求：
5.3.2.1 加熱線與信號線分開穿管；
5.3.2.2 鋯管的氧勢、熱電偶溫度補償信號線都是具有極性的信號線，安裝時應注意極性的正確連接。
6 使用方法
6.1 信號轉(zhuǎn)換器的使用
6.1.1 開機及狀態(tài)說明
置信號轉(zhuǎn)換器于“測量”狀態(tài)（出廠時，信號轉(zhuǎn)換器已置于測量狀態(tài)），開機后，顯示屏顯示“———”符號，表示開機正常，2S后進入程序升溫狀態(tài)，顯示屏交叉顯示“UUU”及溫度，溫度鍵對應指示燈亮，經(jīng)1h爐溫達700℃，并自動退出程序升溫狀態(tài)轉(zhuǎn)入氧量測量程序，氧量鍵對應指示燈亮，LED窗口顯示當時氧量，輸出通道給出與所選擇的測量范圍及當時氧量有關(guān)的模擬量（0-10mA或4-20mA）。
開機后各狀態(tài)說明表1
| 狀態(tài) | 顯示 | 輸出 | 說明 | | 開機 | ——— | | 開機后穩(wěn)定約2S | | 程序升溫 | 升溫符“UUU”、溫度值1S | 0-1000℃對應為0-10mA或4-20mA | 按鍵不影響輸出 | | 氧量測量 | 氧量 | 由數(shù)字開關(guān)“2”“3”的位置決定 | 按鍵不影響輸出 |
6.1.2 在線查詢參數(shù)
在線查詢參數(shù)的具體按鍵操作說明如表2
| 按鍵 | 顯示內(nèi)容 | | 氧量 | 氧量（） | | 溫度 | 爐溫（℃） | | 加熱電壓 | 電爐加熱電壓（V） | | 氧勢 | 經(jīng)零電勢校正后的氧探頭電勢（mV） | | 氧勢、氧量零點（同時按） | 顯示氧探頭輸出電勢（mV） | | 氧量零點 | 顯示測量范圍下限設定值（） | | 氧量量程 | 顯示測量范圍上限設定值（） | | 上限報警 | 顯示氧量上限報警設定值（） | | 下限報警 | 顯示氧量下限報警設定值（） |
在“程序升溫”狀態(tài)下，儀表顯示升溫符號及當時溫度值，在正?！皽y量”狀態(tài)下，儀表顯示當時“氧量”值，當要查詢“溫度”或“氧量”以外的其它參數(shù)時，只要按下列板對應鍵，在顯示窗口立即顯示對應參數(shù)值，但按鍵動作不影響程序升溫時溫度或測量狀態(tài)時氧量所對應的模擬輸出量，且在10S后顯示內(nèi)容自動返回，恢復顯示程序升溫狀態(tài)時溫度或測量狀態(tài)時的氧量值?？傊?，在測量時，任何按鍵動作不影響與氧量相對應的模擬量輸出，僅僅是顯示內(nèi)容的改變，且在10S后返回。
6.1.3 儀器的校正
由于氧化鋯元件的離散性，由于氧化鋯元件在使用過程中的老化，由于安裝點比氣的流通情況不盡相同，可能是氧化鋯元件的測量產(chǎn)生較大誤差。因此，不僅對新安裝的氧化鋯探頭需要進行在線校準，而且必須定期對運行中的探頭進行校準。
在實驗室或現(xiàn)場，把氧探頭和轉(zhuǎn)換器按圖6正確連接好并接通電源，一小時后溫度達到700℃。旋開探頭上的標準氣螺栓，將瓶裝5%含量的氮中氧標準氣體通過減壓器將其流量控制在300ml/分鐘，用無味乳膠管送入探頭的標氣口內(nèi)，觀察轉(zhuǎn)換器的氧量顯示值，若氧量偏差較大則需按一下“氧勢校正鍵”，再通過按“加”或“減”鍵使顯示值增加或減少一些，再按“氧量”鍵，查看氧量是否在5%左右，若未達到標準請重復此步驟調(diào)整，若無法調(diào)到標準，說明鋯管已老化，需換新鋯管。
無標氣現(xiàn)場標準：旋開探頭上的標準氣螺栓，使空氣進入標準氣導管，按一下轉(zhuǎn)換器面板上的“氧勢校正鍵”，通過按“加”或“減”鍵使顯示值為±0.1mv以內(nèi)，再按下“氧量”鍵應顯示20.6即可，校準結(jié)束應將標準氣螺栓重新旋緊即可正常使用。
6.1.4 上下限報警設定值的改變
按上限報警（或下限報警）鍵，此時顯示上限報警（或下限報警）設定值，如需進行改變，按“加”或“減”鍵，直至符合要求為止。
6.1.5 異常報警說明
在發(fā)生異常時，LED窗口顯示故障類別，并將報警接點接通，此時，輸出不自鎖。詳細說明如表3。
表3 異常報警功能說明
| 顯示 | 報警內(nèi)容 | 可能故障 | | E-0 | 氧量上限 | | | E-1 | 氧量下限 | | | E-2 | 溫度異常（高） 爐溫高于750℃ | | | E-3 | 溫度異常（低） 爐溫低于650℃ | | | E-4 | 溫升異常（快） 程序升溫時，溫度上升太快，不受控制。 | 固態(tài)繼電器擊穿 | | E-5 | 溫升異常（停） 程序升溫時，停止升溫。 | 電爐絲斷 固態(tài)繼電器截止 | | E-6 | 氧勢異常 檢測到氧電勢高于120mV | | | E-7 | 斷偶 | 斷偶或電偶極性接反 |
仔細檢查氧量檢測器是否符合第5節(jié)所述安裝要求后，在檢測器電爐溫度達到700℃后，儀表應顯示系統(tǒng)當時含氧量對應的模擬量。
7 故障判別及排除方法
注：表4包括由于儀器信號故障所造成的氧量測量值偏高、偏低或不穩(wěn)定，其故障排除方法可參考6.1.3儀器校正的步驟進行。
7.1 故障處理步驟
7.1.1 將氧量檢測器從取樣口抽出，在現(xiàn)場與信號轉(zhuǎn)接器按說明書要求正確接線，并使氧量 檢測器氧化鋯探頭升溫至700℃。測量鋯管的零電勢及高溫內(nèi)阻，應分別小于±5mV及500Ω（出廠時，鋯管的零電勢及高溫內(nèi)阻分別小于±3mV及50Ω），如能符合要求，說明氧化鋯探頭性能良好。若零電勢及高溫內(nèi)阻分別大于±5mV及500Ω以上，需換新鋯管，然后按照6.1.3節(jié)說明的方法進行校準。
7.1.2 在氧量檢測器“氧勢”端子處卸下內(nèi)部探頭連線，將手動電位差計輸出信號由“氧勢”端子輸入，不同的毫伏輸入，信號轉(zhuǎn)換器應顯示不同的氧量，其關(guān)系參見附錄A“氧濃度-濃差電勢對照表”。
7.1.3 確認氧化鋯探頭性能，氧量測量及溫度控制系統(tǒng)均正常后，重新將氧量檢測器裝回取樣口，按表4所列現(xiàn)象按先后次序檢查、排除。
表4 故障現(xiàn)象、原因、排除方法
| 現(xiàn)象 | 原因 | 排除方法 | | 氧量偏高 | a.氧檢測器安裝法蘭漏氣 | 擰緊檢測器法蘭 | | b.氧檢測器鋯管壓蓋未擰緊 | 擰緊鋯管壓蓋 | | c.工藝操作負壓太大或取樣裝置前設備泄漏嚴重 | 改變操作壓力及堵漏 | | d.取樣點溫度低，造成過濾器堵塞 | 改變?nèi)狱c位置 | | 氧量偏低 | a.焙燒用礦源含碳或磁性氧化鐵（） | | | b.焙燒冷卻水箱漏水 | 堵漏 | | 氧量指標不穩(wěn)定或周期性波動 | a.原料含硫波動太大 | 適當拌礦 | | b.加料皮帶轉(zhuǎn)速不勻或空轉(zhuǎn) | 拉緊加料皮帶或檢查加料電機 | | c.工藝管道局部堵塞，系統(tǒng)阻力不穩(wěn)定 | 消除工藝道管堵塞現(xiàn)象 | | 升溫過快 | 固態(tài)繼電器故障 | 更換繼電器 | | 檢測器不能升溫 | 固態(tài)繼電器故障 | 同上 | | 電爐加熱絲斷 | 更換電爐 | | | | | 8 儀表成套性
全套儀表裝相清單： | 信號轉(zhuǎn)換器 | 1臺 | 轉(zhuǎn)換器安裝螺絲 | 2 套 | | 氧量檢測器 | 1臺 | 檢驗合格證 | 1件 | | 碳化硅過濾器（備件） | 1臺 | 使用說明書 | 1本 |
附錄A 氧濃度-濃差電勢對照表（0.1-12%）
（計算條件：參比氣氧濃度為20.6%，工作溫度700℃）。
| 氧濃度%（V/V） | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.40 | 0.50 | 0.60 | 0.70 | 0.80 | 0.90 | 1.00 | | 電勢mV | 111.7 | 97.14 | 88.64 | 82.67 | 77.93 | 74.11 | 70.88 | 68.03 | 65.62 | 63.41 | | 氧濃度%（V/V） | 1.50 | 2.00 | 2.50 | 3.00 | 3.50 | 4.00 | 4.50 | 5.00 | 6.00 | 7.00 | | 電勢mV | 54.91 | 48.88 | 44.20 | 40.38 | 37.15 | 34.35 | 31.88 | 29.67 | 25.85 | 22.62 | | 氧濃度%（V/V） | 8.00 | 9.00 | 10.0 | 11.0 | 12.0 | 13.0 | 14.0 | 15.0 | | | | 電勢mV | 19.82 | 17.36 | 15.15 | 13.15 | 11.33 | 9.65 | 8.10 | 6.65 | | | | 
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