高精度氧量分析仪（百斯达氧量分析仪）

氧气含量分析仪

安徽百斯达仪表有限公司

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随着人们环保和节能意识的逐渐提高，众多大中型企业如钢铁冶金、石油化工、火力发电厂等，已将提高燃烧效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保护环境等作为提高产品质量和增强产品竞争能力的重要途径。钢铁行业的轧钢加热炉、电力行业的锅炉等燃烧装置和热工设备，是各行业的能源消耗大户。因此，如何测量和提高燃烧装置的燃烧效率、确定至佳燃烧点，是十分令人关心的。

供给加热炉、锅炉等加热设备的燃料燃烧热并不是全部被利用了。以轧钢加热炉或锅炉为例，有效热是为了使物料加热或熔化(以及工艺过程的进行)所必须传入的热量，炉子烟气带走的物理热是热损失中主要部分。当鼓风量过大时(即空燃比α偏大)，虽然能使燃料充分燃烧，但烟气中过剩空气量偏大，表现为烟气中O2含量高，过剩空气带走的热损失Q1值增大，导致热效率η偏低。与此同时，过量的氧气会与燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOX等有害物质。而对于轧钢加热炉，烟气中氧含量过高还会导致钢坯氧化铁皮增厚，增加氧化烧损。

当鼓风量偏低时(即空燃比α减小)，表现为烟气中O2含量低，CO含量高，虽说排烟热损失小，但燃料没有完全燃烧，热损失Q2增大，热效率η也将降低。另外，烟囱也会冒黑烟而污染环境。

所谓提高燃烧效率，就是要适量的燃料与适量的空气组成至佳比例进行燃烧。热效率与烟气中的CO、O2、CO2含量以及排烟温度、供热负荷、雾化条件等因素有关。因此，可通过测量并控制烟道气体中CO、O2、CO2的含量来调节空气消耗系数λ，来达到至高燃烧效率。

燃烧效率控制由来已久，上世纪60年代，曾***采用CO2分析仪监测烟道气体中CO2含量来控制空气消耗系数λ以达到至佳，但CO2含量受燃料品种影响较大。70年代后，逐渐采用烟气中O2含量或O2含量和CO含量相结合的方法来控制燃烧效率。

提高燃烧效率的方法就是使用烟气分析仪器(如烟气分析仪、燃烧效率测定仪、氧化锆氧含量检测仪)连续监测烟道气体成分，分析烟气中O2含量和CO含量，调节助燃空气和燃料的流量，确定至佳的空气消耗系数。

一，概述

百斯达氧化锆氧量分析仪(Zirconia Oxygen Analyzer)，又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪

、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表，主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。 将此分析仪应用于燃烧监视与控制，将有助于充分燃烧，减少CO、SOx及NOx的排放，从而为防止全球变暖及空气污染做出贡献。同时，氧化锆氧量分析仪还可用于气氛控制，控制燃烧效率。

百斯达氧量分析仪应用于多种行业的燃烧监视与控制过程，并且帮助各行业领域取得了相当可观的节能效果。应用领域包括能耗行业，如钢铁业、电子电力业、石油化工业、制陶业、造纸业、食品业、纺织品业，还包括各种燃烧设备，如焚烧炉、中小型锅炉等。

二，工作原理

氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。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。

三，主要原理

氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器，其核心的氧化锆管安置在一微型电炉内，位于整个探头的顶端。

氧化锆管是由氧化锆材料掺以一定量的氧化钇或氧化钙经高温烧结后形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结体。由于它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此在高温下它是良好的氧离子导体。因其这一特性，在一定高温下，当锆管两边的氧含量不同时，它便是一个典型的氧浓差电池，在此电池中，空气是参比气，它与烟气分别位于内外电极。在实际的氧探头中，空气流经外电极，烟气流经内电极，当烟气氧含量P小于空气氧含量P0(20.6%O2)时，空气中的氧分子从外电极上夺取4个电子形成2个氧离子，发生如下电极反应:

O(P0) 4e-→2O-2

氧离子在氧化锆管中迅速迁移到烟气边，在内电极上发生相反的电极反应:

2O-2 →O(P0) 4e-

由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边，因而产生的电势又导致氧离子从烟气边反向迁移到空气边，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E,该电势信号符合"能斯特"方程:

E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)

式中R、F分别是气体常数和法拉第常数，T是锆管温度(K), P0是空气氧含量(20.6%O2), P 是烟气含量。由(1) 式可见，在一定的高温条件下(一般)600℃)，一定的烟气氧含量便会有一对应的电势输出，在理想状态下，其电势值在高温区域内对应氧含量。 在理想状态下，当被测烟气与参比气浓度一样时， 其输出电势E值为 0 mV, 但在实际应用中，锆管实际条件和现场情况均不是理想状态。 故事实上的锆管是偏离此值的。实际上，一定氧含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和，我们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势， 此值的大小又在不同温度下呈不同的值， 并且随锆管使用期延长而变化。 因此， 如不对此情况处理，会严重影响整套测氧仪的准确和探头寿命。

三，技术规格

测量对象:各种工业炉窑烟气，混合气体浓度

测量元件:氧化锆管

1、测氧范围:0-20.6%O2或0--10%

2、仪器精度:系统测氧基本误差≤±2%满量程值

3、变送器精度:1.0级(≤1.0%满量程值)

4、温控精度:恒温点的700±1℃

5、响应时间:≤3秒(达到90%的响应)

6、报警输出:上、下限节点输出，可选"常开"或"常闭"点

7、模拟量输出信号:4-20 mA ADC(负载0Ω-750Ω)对应氧量0-10%O2或者0-20.6%O2

8、本底修正范围:-20 mV- 20 mV

9、数显形式:LED四位数码管显示

10、电源:AC220V±15%

11、功耗:<6W(不包括加热功率)

12、加热功率:约50W(平均值)可提供150W输出功率

13、环境条件:温度-20℃-60℃

安徽百斯达仪表有限公司

相对湿度<90%

14、检测器约10Kg，转换器约5Kg

15、标定方式:叁参数标定。空气点、标准气点、工况点。