氧化锆氧传感器的原理及应用.pdf

氧化锆氧传感器的原理及应用 2009-2-27 10:30:57 来源：互联网 点击： 点击:35 第一部分 氧化锆氧传感器工作原理 一、产品简介： 氧化锆氧传感器是利用氧化锆陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由 化学平衡原理 计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测 量元件，广泛 应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气氛测量方式， 具有结构简 单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和 控制既能稳定 和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。 二、氧传感器工作原理： 氧传感器是利用稳定的二氧化锆陶瓷在 650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而 设计的。在一定 的温度条件下，如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度) 时，二氧化锆 陶瓷内部将产生一系列的反应，和氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电极，可测 到稳定的毫伏 级信号，我们称之为氧电势。它服从能斯特(Nernst)方程：式中E为氧传感器输出的氧电势 (mv)，Tk为炉 内的绝对温度（K）， P1和P2分别为二氧化锆两侧气体的氧分压。实际应用时，将二氧化 锆的一侧通入已 知氧浓度的气本（通常为空气），我们称之为参比气。另一侧则是被测气体，就是我们要检 测的炉内的气 氛，详见图1。氧传感器输出的信号就是氧电势信号，通过能斯特方程我们就可以得到被测 炉气氛中的氧 分压和氧电势的关系。参比气为空气时，可表示为：式中 E为氧传感器输出氧电势；Tk为 炉内的绝对温度 ；P02 为炉内的氧分压。我们的氧传感器产品带有自加热装置，一般温度保证在700℃，这 样TK数值基本是 恒定的，从而通过上式可以直接测量出炉内氧分压浓度。 工程应用中采用标准气体来标定 氧传感器输出 氧电势E和氧分压浓度PO2 的对应关系，这种方法也是目前公认的最准确、最直接的标定 方法。 第二部分 HMP 系列氧传感器 一．HMP 氧传感器基本结构： HMP 氧传感器的核心部件采用进口氧化锆氧传感器（详见图2），该氧化锆氧传感器自 带智能加热装置 ，提供稳压恒定控制信号即可快速达到使用温度，并保证传感器在该恒定温度下连续、稳定 工作。安装该 探头需要调整引导板方向，尽量使引导板正对气流方向，这样才能形成对检测气氛的气体自 导流。进口氧 化锆氧传感器典型性能特性如下：零点误差：￡±0.2mv ；交流电阻（1500赫兹）：（700℃） ￡100 千 欧；（1100℃）￡ 5 千欧。响应时间（700-1300℃）：￡1秒 二．HMP 氧传感器采样、维护方式： HMP 氧传感器采用气氛自导流方式，导入被检测气氛，考虑工程现场的环境因数，设 计有吹扫清除通 道，可方便地对采样引导管道进行吹扫工作，以避免炉内或管道内的灰尘、煤灰、油杂质等 等堵塞采样管 ，请参考图3。 三．技术性能： 使用温度：室温～1100℃； 氧电势显示范围：－50～1240mV；氧电势输出精度：±0.5mV； 响应时间： ≤1秒；正常使用使用寿命：≥18 个月。 第三部分 氧传感器的安装 合理的安装是保证氧传感器可靠运行的关键，许多使用问题均由于氧传感器安装不当造 成的，希望用 户一定要特别注意这一点，安装氧传感器请尽量考虑氧传感器的安装要求： 一、采样测量点： 确定测量点是首要的工作。应遵循如下几项原则： （1） 选择的测量点要求能正确反映所需要的炉内气氛，以保证氧传感器 输出信号的 真实性，尽量 避开回风死角； （2） 测量点不可太靠近燃烧点或喷头等部位，这些部位气氛处于剧烈反应中，会造成 氧传感器检测 值剧烈波动失真；也不要过于靠近风机等产气设备，以免电机的震动冲刷损坏传感器； （3） 避免放在可能碰撞的位置，以免碰撞损坏探头，保证传感器的安全； 二．氧传感器的安装、连接方式： （1）HMP氧探头的安装可采用水平或垂直方式，垂直安装是比较理想的安装方式。不 管采用何种方式 ，探头采样管引导板的方向应该尽量正对被测气流的方向，在初始安装的时候可以通过了解 工艺确定基本 方向。最终确定比较好的引导方向，需要在系统通电加热探头以后，旋转采样管方向，使用 数字万用表观 察输出氧电势的波动情况来确定。 （2） 氧传感器安装所用接头为专用法兰接头。如用户有其它类型的接头，只要安装尺 寸相同，符合 密封要求也可替代本接头。氧传感器的专用接头上，按要求需要配