JGY-12B型氧化鋯分析儀的工作原理和使用

張海燕 王 琦

0 引言

氧化鋯氧量計(jì)可以用來連續(xù)地分析各種工業(yè)窯爐煙氣中的氧含量以保證最佳的空氣燃料比,達(dá)到節(jié)能及環(huán)保的雙重效果。

1 氧化鋯氧量計(jì)的工作原理

氧化鋯在常溫下為單斜晶體,當(dāng)溫度升高到1150℃左右時(shí),晶體排列為立方晶體。如果在氧化鋯中摻入一定數(shù)量的氧化鈣或氧化釔,其晶體變?yōu)椴浑S溫度變化的穩(wěn)定的螢石型立方晶體。此時(shí),四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換,同時(shí)產(chǎn)生了氧離子的空穴。在600℃～1200℃高溫下,空穴型的氧化鋯就變成了良好的氧離子導(dǎo)體,因此說,氧化鋯為固體電解質(zhì)。

在氧化鋯電解質(zhì)的兩側(cè)各燒結(jié)一層多孔鉑電極,形成了氧濃差電池如圖1所示。電池左邊是被測(cè)的煙氣,它的氧含量一般為4%～6%,設(shè)氧分壓為 p1,氧濃度為 φ1。電池的右邊是參比氣體,如空氣,它的氧含量一般為20.8%,氧分壓為 p2,氧濃度為 φ2。在溫度 T=850℃時(shí),氧化鋯氧濃差電池的工作原理可用式(1)表示:

在正極上氧分子得到電子成為氧離子,在負(fù)極上氧離子失去電子成為氧分子。只要電極兩側(cè)存在氧氣濃度差,即氧分壓力不相等,也就是 p1≠p2,就會(huì)有電動(dòng)勢(shì)存在,即氧濃差電勢(shì),其大小

可以用能斯特方程表示:

其中,E為氧濃差電勢(shì);R為氣體常數(shù);F為法拉第常數(shù);T為絕對(duì)溫度;n為反應(yīng)時(shí)一個(gè)氧分子輸送的電子數(shù),n=4;p1為被測(cè)氣體的氧分壓;p2為參比氣體的氧分壓。

如果被測(cè)氣體和參比氣體的壓力均為p,則有:

該電勢(shì)在一側(cè)氧濃度固定時(shí),僅與另一側(cè)氧濃度有關(guān)。

2 JGY-12B氧量分析儀操作簡(jiǎn)介

2.1 儀表功能簡(jiǎn)介

JGY-12B氧量分析儀面板如圖2所示,儀表面板上由4只數(shù)碼管、32只指示燈和6只控制鍵組成。儀表有運(yùn)行、校驗(yàn)、設(shè)定、初始和調(diào)試五種狀態(tài)。數(shù)碼管根據(jù)需要可顯示不同的測(cè)量值或設(shè)定值;數(shù)碼管下邊有1只加熱指示燈和6只量綱指示燈,加熱燈與儀表的加熱輸出信號(hào)同步閃亮,量綱燈同步提示儀表測(cè)量值或設(shè)定值的量綱;另外25只指示燈以五排五列組成一個(gè)方陣。右邊第一列是儀表的工作狀態(tài)指示燈,從上到下依次為運(yùn)行、校驗(yàn)、設(shè)定、初始和調(diào)試五種工作狀態(tài)。其余20只是具體功能指示燈,指示儀表的一種工作功能狀態(tài)。

儀表不管工作在任何狀態(tài),停留5 min不按鍵將自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)的溫度顯示或氧量顯示。在儀表的具體功能指示燈亮?xí)r,可按←,→鍵切換儀表的不同具體功能,當(dāng)切換到右邊第一只狀態(tài)指示燈亮?xí)r,可通過按↑,↓鍵切換儀表的不同工作狀態(tài)。

2.2 儀表具體功能的設(shè)定操作

1)運(yùn)行狀態(tài)。儀表運(yùn)行狀態(tài)功能指示燈均在第一排。分別顯示氧量、氧電勢(shì)、熱電勢(shì)、探頭工作溫度四個(gè)測(cè)量值。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況,如氧化鋯信號(hào)開路或接反及熱電偶信號(hào)開路或接反時(shí),數(shù)碼管顯示出錯(cuò)信號(hào)“Err”,此時(shí)儀表仍然繼續(xù)加熱,但是輸出電流為零。本狀態(tài)主要用于系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)探頭升溫階段監(jiān)視。

2)校驗(yàn)狀態(tài)。校驗(yàn)狀態(tài)功能指示燈均在指示燈方陣第二排。儀表校驗(yàn)狀態(tài)分氧化鋯探頭的本底電勢(shì)標(biāo)定和預(yù)置標(biāo)氣標(biāo)定和兩個(gè)標(biāo)定后的校驗(yàn)修正值組成。

3)設(shè)定狀態(tài)。儀表的設(shè)定狀態(tài)分輸出方式、量程范圍、冷端補(bǔ)償、標(biāo)氣預(yù)置值四個(gè)用戶參數(shù)設(shè)定部分組成。狀態(tài)功能指示燈均在指示燈方陣的第三排。a.設(shè)定儀表的電流輸出方式。儀表的電流輸出分0 mA～10 mA或4 mA～20 mA兩種方式。進(jìn)入設(shè)定輸出方式功能狀態(tài)后,數(shù)碼管可顯示 0～10或4～20。b.設(shè)定儀表的測(cè)量范圍。儀表的量程范圍分0%O2～5%O2,0%O2～10%O2,0%O2～20%O2或0%O2～100%O2四種方式。進(jìn)入設(shè)定量程范圍功能狀態(tài)后,數(shù)碼管可顯示5,10,20或100。c.設(shè)定儀表的冷端補(bǔ)償。由于探頭安裝部位的環(huán)境溫度比較穩(wěn)定,因此熱電偶的冷端采用固定補(bǔ)償方法能夠保證系統(tǒng)測(cè)量的精度要求。進(jìn)入設(shè)定冷端補(bǔ)償功能狀態(tài)后“冷端補(bǔ)償”燈亮,數(shù)碼管顯示儀表冷端補(bǔ)償值,量綱燈“℃”亮。通過按↑,↓鍵調(diào)整欲設(shè)定的冷端補(bǔ)償值,每按一次鍵步進(jìn)值增減5℃,冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定范圍是0℃～80℃。d.設(shè)定系統(tǒng)定標(biāo)的標(biāo)氣預(yù)置值。進(jìn)入設(shè)定標(biāo)氣預(yù)置值功能狀態(tài),數(shù)碼管顯示原設(shè)定數(shù)值。通過按↑,↓鍵調(diào)整欲設(shè)定的標(biāo)氣預(yù)置值,每按一次鍵步進(jìn)值增減0.01%,標(biāo)氣預(yù)置值的設(shè)定范圍3.00%～7.00%。

4)初始狀態(tài)。儀表的初始狀態(tài)分氧化鋯信號(hào)Ez和熱電偶信號(hào)Et的零點(diǎn)、滿度外校四個(gè)操作部分組成。狀態(tài)功能燈均在第四排。a.氧化鋯信號(hào)Ez的零點(diǎn)及滿度外校操作方式。用電位差計(jì)作信號(hào)源,正確接入儀表的氧化鋯Ez正負(fù)輸入端。切換到“Ez 0 mV”燈亮,數(shù)碼管顯示外校信號(hào)的測(cè)量值。電位差計(jì)送0 mV,數(shù)碼管顯示0 mV左右;此時(shí),要連按三個(gè)確定鍵才有效,數(shù)碼管則顯示外校后的0 mV測(cè)量值,按←或→鍵退出。同樣表計(jì)通過按鍵移動(dòng)切換到“Ez 50 mV”燈亮,電位差計(jì)改送50 mV后,數(shù)碼管顯示50 mV左右;此時(shí),連按三下確定鍵,數(shù)碼管正確顯示儀表外校后的50 mV測(cè)量值,按←或→鍵退出。b.熱電偶信號(hào)Et的零點(diǎn)及滿度外校操作方式。把電位差計(jì)接入儀表的熱電偶Et的正負(fù)輸入端。之后操作同上步。外校操作鍵按三下確定鍵才有效是為防止誤操作。外校過程中,當(dāng)數(shù)碼管顯示Err出錯(cuò)信息,應(yīng)檢查外校信號(hào)的極性和數(shù)值是否正確。

5)調(diào)試狀態(tài)。儀表的調(diào)試狀態(tài)分低量程輸出電流、高量程輸出電流、電流輸出阻尼和儀表顯示阻尼四個(gè)調(diào)試部分。狀態(tài)功能指示燈均在第五排。a.儀表低量程電流輸出的調(diào)試方式。當(dāng)儀表切換到低量程輸出顯示狀態(tài)時(shí),數(shù)碼管根據(jù)已設(shè)定參數(shù)顯示10%量程范圍對(duì)應(yīng)輸出的電流值,且與探頭的輸入信號(hào)無關(guān)。此時(shí)可以排除氧化鋯探頭的故障,著重檢查系統(tǒng)輸出信號(hào)的顯示、記錄部分是否正常。如發(fā)現(xiàn)儀表實(shí)際輸出電流有誤差,亦可利用儀表面板上的↑或↓鍵手動(dòng)調(diào)整儀表輸出電流。每按一次鍵,儀表的輸出電流步進(jìn)值大約增減0.1 mA,調(diào)試只對(duì)儀表的輸出電流起作用,不影響儀表原來的氧量顯示值。b.儀表高量程電流輸出的調(diào)試方式。切換到高量程輸出狀態(tài)時(shí),數(shù)碼管根據(jù)已設(shè)定參數(shù)顯示90%量程范圍對(duì)應(yīng)輸出的電流值,調(diào)試方式同低量程電流輸出。

3 結(jié)語

JGY-12B型氧量分析儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好,靈敏度高,響應(yīng)快,使用方便,易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中廣泛應(yīng)用。

[1]黃守文.AM ETEK氧化鋯分析儀應(yīng)用與維護(hù)[J].儀器儀表用戶,2009(5):74-75.

[2]王樹潔.WT-300型氧量分析儀的應(yīng)用[J].儀器儀表裝置,2007(6):38-40.