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一、CY-IS-G氧化鋯氧檢測分析儀檢測器概述
CY-IS-G氧化鋯氧檢測分析儀適用于工業(yè)爐窯煙氣中氧量的連續(xù)監(jiān)測，作為操作人員調(diào)節(jié)燃風(fēng)配比的依據(jù)，或與自控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)低氧合理燃燒，達(dá)到降低燃耗、穩(wěn)定工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染等目的。具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
我公司生產(chǎn)的CY-IS-G系列氧化鋯氧檢測分析儀檢測器壽命zui高可達(dá)2-3年，維護量甚微。該儀器自面世以來，已在全國大多數(shù)省市、自治區(qū)的大中企業(yè)中運行。應(yīng)用的行業(yè)有冶金、化工、電力、建材、輕工、城市小區(qū)供熱鍋爐、環(huán)保監(jiān)測車等。并在替代進口產(chǎn)品方面取得顯著成績。
該氧化鋯氧檢測分析儀轉(zhuǎn)換器采用了16位的In80C196單片微處理器，具有運算速度快，數(shù)據(jù)處理能力強的特點。配合小信號處理的隔離放大電路，電源監(jiān)控及數(shù)據(jù)保護電路等方法使產(chǎn)品測量精度高，抗*力強。有效的保證了儀表在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下*穩(wěn)定可靠運行。
二、檢測器工作原理
儀器所使用的氧化鋯測氧傳感器材料是一種氧化鋯固體電解質(zhì)，是在純氧化鋯中摻入氧化釔或氧化鈣，在高溫下燒結(jié)成的穩(wěn)定氧化鋯。在600℃以上高溫條件下，它是氧離子的良好導(dǎo)體，一般做成管狀。見下圖。
如果氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)的溫度高于700℃時，其內(nèi)外壁接觸氧分壓不同的氣體，氧化鋯管就成為一個氧濃差電池，在兩個鉑電極上將發(fā)生如下反應(yīng)：在空氣側(cè)（參比側(cè)）電極上：O2+4e→2O2- 在低氧側(cè)（被測側(cè)）電極上：2O2-→O2+4e 即空氣中一個氧分子奪取電極上四個電子而變成兩個氧離子。氧離子在氧濃差電勢的驅(qū)動下，通過氧化鋯傳感器遷移到低氧側(cè)電極上，留給該電極四個電子而復(fù)原為氧分子，電池處于平衡狀態(tài)時，兩電極間電勢值E恒定不變。
氧電勢值E符合能斯特方程：
E=式中：R-氣體常數(shù)
T-鋯管的溫度
F-法拉第常數(shù)
PX-被測氣體氧濃度百分?jǐn)?shù)
PA-參比氣氧濃度百分?jǐn)?shù)，一般為20.6％。 RT4FLn PAPX
如果把氧化鋯管加熱至大于600℃的穩(wěn)定溫度，在氧化鋯管兩側(cè)分別流過被測氣體和參比氣體，則產(chǎn)生的電勢與氧化鋯管的工作溫度和兩側(cè)的氧濃度有固定的關(guān)系。如果知道參比氣體的濃度，則可根據(jù)氧化鋯管兩側(cè)的氧電勢和氧化鋯管的工作溫度計算出被測氣體的氧濃度。
氧化鋯傳感器工作特性表
| 溫度 | 氧化鋯傳感器工作狀態(tài) |
| 600℃以下時 | 絕緣電阻大，不遵守能斯特方程 |
| 700℃以上時 | 絕緣電阻小，遵守能斯特方程 |
三、檢測器技術(shù)規(guī)格
1、測量對象：各種工業(yè)爐窯煙氣，混合氣體
2、測量元件：氧化鋯管
3、測量范圍：0-20.6VOL%O2
4、輸出電流: 4-20mA。（輸出信號對應(yīng)顯示氧量0-5、0-10、0-20.6、0-25VOL O2量程可選。）
5、檢測器加熱爐升溫時間約20分鐘。
6、檢測器標(biāo)準(zhǔn)長度：180mm,400mm,600mm,800mm，1000mm，1200mm 。特殊要求面議。
7、重復(fù)性：滿量程的±0.5%
8、基本誤差≤±2%（滿量程）
9、穩(wěn)定性≤±1%（儀器連續(xù)檢定24h）
10、響應(yīng)時間：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體從檢測器入口引入時計，5秒內(nèi)達(dá)到90%的響應(yīng)
11、環(huán)境溫度：檢測器 -10℃～80℃
轉(zhuǎn)換器 -10℃～40℃
轉(zhuǎn)換器 -10℃～40℃
12、電源及功耗：電源220±10%VAC，功耗zui大為150W
四、CY-IS-G型氧化鋯氧分析儀構(gòu)成
該儀器由三部分組成：氧化鋯檢測器、氧化鋯轉(zhuǎn)換器和取氣裝置
1、氧化鋯檢測器
檢測器為直插式結(jié)構(gòu)（見下圖），氧化鋯傳感器安裝在檢測器頭部。檢測器設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)氣路，可由轉(zhuǎn)換器對檢測器進行在線標(biāo)氣操作。圖2中所注“標(biāo)氣入口”即為校準(zhǔn)操作時使用。如不進行校準(zhǔn)操作，請務(wù)必將此口堵死，以防止空氣泄漏進去，引起測量誤差。其“參比氣入口”在任何時間都要開放，保持與大氣相通。
檢測器接線盒內(nèi)共有8根引線端子，（見圖3）。檢測器接有溫度補償器，所以由檢測器向轉(zhuǎn)換器傳送熱電偶信號時不*補償導(dǎo)線，如果使用了補償導(dǎo)線，在安裝本儀器時，應(yīng)將溫度補償器移至轉(zhuǎn)換器的接線端子“CJ”處。
檢測器長度有六種：180mm，400mm，600mm，800mm，1000mm，1200mm
2、氧化鋯轉(zhuǎn)換器
轉(zhuǎn)換器由氧量輸入轉(zhuǎn)換單元、鍵盤顯示及控制單元、檢測器爐溫控制單元、氧含量對應(yīng)電流輸出單元等組成。采用微處理器控制，儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及安全性都大為提高，運算程序采用模糊控制算法的恒溫（750℃）控制，浮溫計算的方式。配合計算機數(shù)字調(diào)校功能，保證了儀表準(zhǔn)確、可靠運行。轉(zhuǎn)換器的主要作用是將檢測器測出的氧電勢信號E（mV）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。CPU對數(shù)值運算、處理得到氧含量值送到顯示器顯示，并且輸出與氧含量對應(yīng)的4-20mA電流信號，同時轉(zhuǎn)換器要對檢測器內(nèi)工作電爐進行控溫，使氧化鋯管工作溫度穩(wěn)定在750±2℃，除此之外，轉(zhuǎn)換器還可以通過按鍵操作實現(xiàn)顯示溫度值（℃）、氧電勢值（mV）、以及對檢測器進行在線校準(zhǔn)等功能。
3、轉(zhuǎn)換器由以下5部分組成：
①、輸入信號處理轉(zhuǎn)換部分
安裝在現(xiàn)場的檢測器有兩種測量信號輸出，即氧電勢E（mV）和熱電偶信號（mV），為了解決系統(tǒng)連接時的電位匹配，抑制可能來自檢測器及系統(tǒng)各部分的干擾，屏蔽若干個裝置之間的地電位等問題，兩路信號分別采用了高精度小信號放大器，V/F轉(zhuǎn)換及光電耦合器，實現(xiàn)了輸入、輸出以及電源三隔離，使整套儀器以及與其相連的自控系統(tǒng)*穩(wěn)定運行有了可靠保證。 溫度補償信號由溫度補償器提供。該元件安裝在檢測器接線盒內(nèi)。（如果檢測器與轉(zhuǎn)換器間的熱電偶信號用補償導(dǎo)線傳送，則應(yīng)將溫度補償器移至轉(zhuǎn)換器接線端子“CJ”處）。 以上幾路信號均通過多路模擬開關(guān)，V/F轉(zhuǎn)換和光電隔離后送入80C196單片機，而轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。
②、單片機系統(tǒng)
轉(zhuǎn)換的核心部件采用80C196單片機，本儀器利用該器件的高速輸入輸出口采集輸入信號，利用PWM輸出實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換并控制可控硅進行檢測器的溫度控制。同時配以程序存儲器和電可擦除存儲器，使之在掉電時能有效地保留校準(zhǔn)操作時的修正參數(shù)。
③、控溫電路
本儀器采用恒溫控制，浮溫計算的方法。即氧傳感器工作溫度恒定為一常量，故轉(zhuǎn)換器需要對檢測器內(nèi)部的電爐控溫，本儀器設(shè)定溫度值為750℃，運算程序采用模糊控制算法并由單片機的高速輸出口輸出控制信號，經(jīng)光電隔離、驅(qū)動后控制雙向可控硅觸發(fā)極，實現(xiàn)溫度穩(wěn)定控制。
④、模擬量輸出部分
本儀器的模擬量輸出是利用80C196單片機的PWM信號。此信號首先通過光電耦合，經(jīng)平滑濾波后變?yōu)槟M信號，再經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路，zui后輸出與被測氧含量相對應(yīng)的電流信號。
⑤、鍵盤、顯示部分
鍵盤、顯示部分主要由可編程鍵盤\顯示器接口芯片8279和部分驅(qū)動電路組成。8279芯片對顯示器自動掃描，能識別鍵盤上閉合鍵的鍵碼。CPU只需對8279送顯示數(shù)據(jù)和讀取鍵碼。所以使用8279后提高了CPU的工作效率。
4、轉(zhuǎn)換器分為盤裝式和壁掛式兩種結(jié)構(gòu)形式
5、取氣裝置可分為防塵管、導(dǎo)流管、過濾器及高溫取氣方式四種形式。
五、檢測器安裝
1、轉(zhuǎn)換器安裝
①、轉(zhuǎn)換器的安裝部位應(yīng)滿足下列條件：
● 盡量避免機械震動
● 避免腐蝕性氣體
● 周圍環(huán)境溫度應(yīng)在-10℃～40℃之內(nèi)
● 避免強磁場干擾
● 避免動力線、馬達(dá)、勵磁繼電器、泵等的干擾
● 提供充足的維護空間
● 轉(zhuǎn)換器應(yīng)盡量安裝在靠近檢測器處，距離不超過100m為宜
②、壁掛式轉(zhuǎn)換器（CY-2C）安裝：
● 表盤安裝：取下轉(zhuǎn)換器兩側(cè)的固定板，將其插入機柜面板，面板開孔尺寸如圖，用固定板將其固定。
● 墻壁安裝：將固定板倒過來，轉(zhuǎn)換器殼底部緊靠墻壁并固定。
● 管式安裝：將轉(zhuǎn)換器用管安裝附件固定在管子上。
● 露天安裝：轉(zhuǎn)換器必須裝在可防雨防塵的防護箱內(nèi)。
2、爐體法蘭安裝：
建爐體或檢修時，首先預(yù)埋焊爐墻埋管。當(dāng)安裝檢測器時，爐體法蘭焊接在爐墻埋管上。
3、檢測器、導(dǎo)流管、防塵管安裝
安裝前需準(zhǔn)備好M12×50螺釘，相應(yīng)螺母、墊片、墊圈以及法蘭間的密封墊圈,與爐體法蘭緊固。
注意事項：應(yīng)盡量避免機械震動。
● 安裝時應(yīng)使標(biāo)氣口、參比氣口朝向地面。
● 周圍環(huán)境溫度應(yīng)小于80℃
● 檢測器應(yīng)避免高輻射熱和高溫蒸氣的影響
● 避免灰塵及腐蝕氣體
● 提供充足的維護空間
4、檢測器成套安裝
①、安裝點煙氣流通要好，爐體密封性好，參比氣口處空氣通暢，檢測器安裝點
的*溫度為400--500℃。以電廠鍋爐為例，安裝點宜在省煤氣和預(yù)熱器中間。
②、選擇檢測器長度可采用以下方法
③、直插式長度為：400mm以上+爐墻厚度
④、導(dǎo)流式：導(dǎo)流管長度為400mm以上+爐墻厚度,探頭長度為不應(yīng)小于爐墻厚度。
六、檢測器取樣方式
1、防塵式:檢測器前端應(yīng)加裝防塵過濾器
2、導(dǎo)流式：檢測器標(biāo)準(zhǔn)長度為180mm、400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm。
因爐壁厚，檢測器長度不夠，需延長采樣距離。
3、高溫H型：取氣裝置要分為圖12所示的導(dǎo)流方式和圖13所示的引流方式。后者用于負(fù)壓大于-50Pa的場合，帶噴射泵。噴射泵所需儀表氣源壓力為0.05-0.15MPa，用空氣過濾調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。
七、檢測器連接電纜
按下表選擇電源電纜和信號電纜，需注意儀器安裝處的環(huán)境溫度，導(dǎo)線電阻及噪聲源，還要考慮檢測器與轉(zhuǎn)換器之間的布線路徑，使用電纜可參考下表選用。
| 名稱 | 規(guī)格 | 備注 |
| 信號電纜 | 6*1mm2屏蔽電纜 | 氧電勢，熱電偶，溫補信號各需兩芯。屏蔽線可靠接地。 |
| 電爐電纜 | 4*1mm2 | |
| 輸出信號 | 4*1mm2屏蔽電纜 | 屏蔽線可靠接地。 |
八、調(diào)校方法
1、檢測器冷態(tài)（未接電源）檢查：
打開檢測器接線盒，用萬用表歐姆檔測量，氧電池端子1-2之間為開路狀態(tài)，阻值超量程，熱電偶端子3-4之間阻值只有幾歐姆為正常，電爐絲端子7-8之間阻值約80Ω左右為正常。注意測量電爐絲阻值及熱電偶阻值只能在斷電狀態(tài)下進行。溫度補償器安裝在5-6端子上，端子5接溫度補償器的正極（單一管腿的為正極）。
2、熱態(tài)檢查：
按系統(tǒng)連接圖（參見產(chǎn)品說明書5.1,5.2）連好系統(tǒng)，檢查無誤后通電，顯示器顯示為：“□□□□”，稍后顯示溫度值，升溫過程中前面板顯示溫度。當(dāng)溫度升到600℃時，若儀表處于測量狀態(tài)，程序?qū)⒆詣愚D(zhuǎn)換到氧含量顯示狀態(tài)，其數(shù)值應(yīng)在空氣氧含量20.6附近。
3、定性檢查
*步確認(rèn)被控溫度是否為750℃±2℃，一般熱電偶電勢約為30mV左右。
第二步用萬用表歐姆檔測量氧電勢內(nèi)阻，正反方向（即測量表筆調(diào)換）各測量一次，取其平均值。新探頭電池內(nèi)阻一般小于100Ω，舊探頭檢修后應(yīng)控制在800Ω以內(nèi)。
注意：采用上述方法測量電池內(nèi)阻時，儀表應(yīng)與自控系統(tǒng)脫開，因萬用表是有源的，有信號疊加于氧電勢上，將干擾被測氧含量。
氧化鋯檢測傳感器在制作過程中，由于材料的純度和制作工藝的分散性等影響會存在數(shù)值不等的零點電勢，為保證測量精度，轉(zhuǎn)換器可對檢測器進行在線校準(zhǔn)操作，修正零點電勢和曲線斜率。
注意：為避免誤操作，本儀表設(shè)置了寫入操作密碼，即對校準(zhǔn)好的數(shù)據(jù)，每次按“寫入”鍵后，將等待用戶操作輸入密碼9.000，用“給定”鍵加到相應(yīng)的密碼值，再按一次“寫入”鍵則正式將該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入。
4、空氣校準(zhǔn) （即修正零點電勢）
進行空氣校準(zhǔn)前，應(yīng)確認(rèn)檢測器鋯管溫度達(dá)到750℃±2℃進行。
首先將檢測器“標(biāo)準(zhǔn)氣入口”打開（或讓檢測器充分感受空氣，標(biāo)氣通路不通暢時，應(yīng)將檢測器從煙道取出，放在大氣中），通入空氣，然后按下“空氣校準(zhǔn)”鍵，顯示器顯示20.6，即空氣中氧含量值。按“寫入”鍵，顯示“0.000”，再按“給定”鍵輸入密碼，zui后按“寫入”鍵即可。
5、斜率修正
將檢測器“標(biāo)準(zhǔn)氣入口”打開，通入氧含量為0.5-2.5％（標(biāo)氣流量500ml-1000ml/分鐘）的標(biāo)準(zhǔn)氣體，待顯示值穩(wěn)定后（約5秒鐘），如果顯示值為輸入標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)稱值（+1％），則不需要修正斜率參數(shù)，如果超差較大（±1％以上），就要進行斜率修正。操作步驟如下：先按“給定”鍵，使顯示值增（或減）到所通標(biāo)準(zhǔn)氣瓶標(biāo)識的氧含量值為（0.5-2.5％），然后按“寫入”鍵，顯示“0.000”，再按“給定”鍵輸入密碼，zui后按“寫入”鍵即可。
注意：正常工作或校準(zhǔn)操作完畢后，應(yīng)將儀器檢測器的“標(biāo)準(zhǔn)氣入口”用螺釘擰緊密封好，不得有空氣從此泄漏進去。
九、檢測器維護與檢修
為使儀器處于良好的運行狀態(tài)，必須對儀器定期進行維護與檢查。
檢查內(nèi)容
1、按照轉(zhuǎn)換器面板操作方法進行各項功能檢查。
2、檢測器頭部過濾網(wǎng)上是否積有灰塵，如灰塵過多應(yīng)將其清除，否則會影響測量精度和反應(yīng)時間。
3、詳細(xì)操作方法詳見隨貨產(chǎn)品說明書。
