| 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(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí)，上式為：  由上式可知，在溫度700℃時(shí)，當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣（20.6%）時(shí)，由濃差電池輸出電動(dòng)勢(shì)E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測(cè)氧原理。 2.主要技術(shù)參數(shù) 2.1 測(cè)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(cè)量精度：3% 2.3 響應(yīng)時(shí)間：≤5S（90%測(cè)量值） 2.4 溫度精度：700±1℃ 2.5 顯示內(nèi)容：氧濃（）、氧勢(shì)（mV）、爐溫（℃）、加熱電壓（V）、量程上、下限（）、報(bào)警上、下限（） 2.6 鍵盤設(shè)定：報(bào)警上、下限設(shè)定，探頭零電勢(shì)校正 2.7 自診斷內(nèi)容及故障類別符號(hào)： 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(shì)異常 E-7 斷偶 2.8 輸出：0-10mA 或 4-20mA 2.9 負(fù)載電阻：0-1.6kΩ（0-10mA輸出），0-800Ω（4-20mA輸出） 2.10 檢測(cè)器長(zhǎng)度為0.2m、0.4m、0.8m、1.0m、1.2m。 3 使用條件 3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用條件 3.1.1 儀器安裝環(huán)境應(yīng)無(wú)易燃、易爆和強(qiáng)腐蝕性氣體，并要求通風(fēng)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(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝條件 檢測(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝場(chǎng)所必須滿足下列條件： 3.2.1 避開震動(dòng)場(chǎng)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(cè)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。 4.1 氧量檢測(cè)器 氧量檢測(cè)器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測(cè)溫?zé)犭娕?、接線盒以及殼體等主要部件組成。整個(gè)裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)，以增加整個(gè)裝置的密封性能，提高使用壽命。 氧化鋯管是該檢測(cè)器的核心，由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào)，使用時(shí)應(yīng)注意避免劇烈震動(dòng)，以免損壞。 檢測(cè)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(zhǎng)加熱電爐的壽命，在工藝上做了特殊的處理。由于檢測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換器 Zr02-Ⅱ型微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)小型的測(cè)控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為控制系統(tǒng)。 將來自氧量檢測(cè)器的模擬信號(hào)（氧勢(shì)、熱電勢(shì)）分別調(diào)制成0-10KNz調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)光電隔離后送至計(jì)算機(jī)，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(yīng)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(yùn)算采用了三位浮點(diǎn)數(shù)，保證了運(yùn)算勞動(dòng)精度，對(duì)氧濃、爐溫的計(jì)算，采用查表線性插值法，對(duì)爐溫的控制采用增量式PID算式控制。信號(hào)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(diǎn)位置的選擇
選擇取樣點(diǎn)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(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大；
5.1.3 氧檢測(cè)器插入深度應(yīng)達(dá)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(diǎn)附近爐膛、煙道應(yīng)無(wú)、泄漏，否則將造成測(cè)量誤差；
5.1.6 要選擇在易于維護(hù)、檢修的地方。
5.2 氧量檢測(cè)器的安裝
氧量檢測(cè)器的安裝參照?qǐng)D3、圖4、進(jìn)行  預(yù)先加工好帶法蘭的φ76mm設(shè)備短節(jié)，按要求選好取樣位置（爐壁或管道），開一個(gè)φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上，焊接時(shí)要保證焊接處不漏氣。對(duì)帶余熱鍋爐流程，在選定取樣點(diǎn)位置后，φ76mm設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)加長(zhǎng)穿過爐體保溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長(zhǎng)度約60mm。必須注意：應(yīng)保證設(shè)備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封，不能泄漏。把檢測(cè)器插入短節(jié)，在短節(jié)法蘭與檢測(cè)器法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊，旋緊4個(gè)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(duì)流提供的，探頭必須水平安裝，參比氣和標(biāo)準(zhǔn)氣接口相應(yīng)朝下。探頭端部防護(hù)套管的缺口位置（可調(diào)整方向）也應(yīng)垂直向下，以防積灰。
5.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的安裝
信號(hào)轉(zhuǎn)換器的外形尺寸：水平×垂直×深 160×80×250mm
信號(hào)轉(zhuǎn)換器的開口尺寸：水平×垂直 152－1×76－1mm
信號(hào)轉(zhuǎn)換器用隨機(jī)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(chǎng)儀表保護(hù)箱內(nèi)。
5.3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與檢測(cè)器之間的連接
信號(hào)轉(zhuǎn)換器盤裝于控制室，氧量檢測(cè)器安裝于現(xiàn)場(chǎng)，它們之間連接線有：氧勢(shì)信號(hào)線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設(shè)、電偶冷端補(bǔ)償導(dǎo)線兩根，采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)、電爐加熱線兩根，采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設(shè)。
5.3.2 接線時(shí)應(yīng)注意下列要求：
5.3.2.1 加熱線與信號(hào)線分開穿管；
5.3.2.2 鋯管的氧勢(shì)、熱電偶溫度補(bǔ)償信號(hào)線都是具有極性的信號(hào)線，安裝時(shí)應(yīng)注意極性的正確連接。
6 使用方法
6.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用
6.1.1 開機(jī)及狀態(tài)說明
置信號(hào)轉(zhuǎn)換器于“測(cè)量”狀態(tài)（出廠時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)換器已置于測(cè)量狀態(tài)），開機(jī)后，顯示屏顯示“———”符號(hào)，表示開機(jī)正常，2S后進(jìn)入程序升溫狀態(tài)，顯示屏交叉顯示“UUU”及溫度，溫度鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮，經(jīng)1h爐溫達(dá)700℃，并自動(dòng)退出程序升溫狀態(tài)轉(zhuǎn)入氧量測(cè)量程序，氧量鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮，LED窗口顯示當(dāng)時(shí)氧量，輸出通道給出與所選擇的測(cè)量范圍及當(dāng)時(shí)氧量有關(guān)的模擬量（0-10mA或4-20mA）。
開機(jī)后各狀態(tài)說明表1
| 狀態(tài) | 顯示 | 輸出 | 說明 | | 開機(jī) | ——— | | 開機(jī)后穩(wěn)定約2S | | 程序升溫 | 升溫符“UUU”、溫度值1S | 0-1000℃對(duì)應(yīng)為0-10mA或4-20mA | 按鍵不影響輸出 | | 氧量測(cè)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
| 表2 測(cè)量狀態(tài)下按鍵操作詳細(xì)說明 | | 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(shì) | 經(jīng)零電勢(shì)校正后的氧探頭電勢(shì)（mV） | | 氧勢(shì)、氧量零點(diǎn)（同時(shí)按） | 顯示氧探頭輸出電勢(shì)（mV） | | 氧量零點(diǎn) | 顯示測(cè)量范圍下限設(shè)定值（） | | 氧量量程 | 顯示測(cè)量范圍上限設(shè)定值（） | | 上限報(bào)警 | 顯示氧量上限報(bào)警設(shè)定值（） | | 下限報(bào)警 | 顯示氧量下限報(bào)警設(shè)定值（） |
在“程序升溫”狀態(tài)下，儀表顯示升溫符號(hào)及當(dāng)時(shí)溫度值，在正?！皽y(cè)量”狀態(tài)下，儀表顯示當(dāng)時(shí)“氧量”值，當(dāng)要查詢“溫度”或“氧量”以外的其它參數(shù)時(shí)，只要按下列板對(duì)應(yīng)鍵，在顯示窗口立即顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)值，但按鍵動(dòng)作不影響程序升溫時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)氧量所對(duì)應(yīng)的模擬輸出量，且在10S后顯示內(nèi)容自動(dòng)返回，恢復(fù)顯示程序升溫狀態(tài)時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)的氧量值。總之，在測(cè)量時(shí)，任何按鍵動(dòng)作不影響與氧量相對(duì)應(yīng)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(diǎn)比氣的流通情況不盡相同，可能是氧化鋯元件的測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。因此，不僅對(duì)新安裝的氧化鋯探頭需要進(jìn)行在線校準(zhǔn)，而且必須定期對(duì)運(yùn)行中的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。
在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)后溫度達(dá)到700℃。旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，將瓶裝5%含量的氮中氧標(biāo)準(zhǔn)氣體通過減壓器將其流量控制在300ml/分鐘，用無(wú)味乳膠管送入探頭的標(biāo)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(shì)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)重復(fù)此步驟調(diào)整，若無(wú)法調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)，說明鋯管已老化，需換新鋯管。
無(wú)標(biāo)氣現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)：旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓，使空氣進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)管，按一下轉(zhuǎn)換器面板上的“氧勢(shì)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(yīng)顯示20.6即可，校準(zhǔn)結(jié)束應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓重新旋緊即可正常使用。
6.1.4 上下限報(bào)警設(shè)定值的改變
按上限報(bào)警（或下限報(bào)警）鍵，此時(shí)顯示上限報(bào)警（或下限報(bào)警）設(shè)定值，如需進(jìn)行改變，按“加”或“減”鍵，直至符合要求為止。
6.1.5 異常報(bào)警說明
在發(fā)生異常時(shí)，LED窗口顯示故障類別，并將報(bào)警接點(diǎn)接通，此時(shí)，輸出不自鎖。詳細(xì)說明如表3。
表3 異常報(bào)警功能說明
| 顯示 | 報(bào)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(shí)，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(shí)，停止升溫。 | 電爐絲斷 固態(tài)繼電器截止 | | E-6 | 氧勢(shì)異常 檢測(cè)到氧電勢(shì)高于120mV | | | E-7 | 斷偶 | 斷偶或電偶極性接反 |
仔細(xì)檢查氧量檢測(cè)器是否符合第5節(jié)所述安裝要求后，在檢測(cè)器電爐溫度達(dá)到700℃后，儀表應(yīng)顯示系統(tǒng)當(dāng)時(shí)含氧量對(duì)應(yīng)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(hào)故障所造成的氧量測(cè)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(jìn)行。
7.1 故障處理步驟
7.1.1 將氧量檢測(cè)器從取樣口抽出，在現(xiàn)場(chǎng)與信號(hào)轉(zhuǎn)接器按說明書要求正確接線，并使氧量 檢測(cè)器氧化鋯探頭升溫至700℃。測(cè)量鋯管的零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻，應(yīng)分別小于±5mV及500Ω（出廠時(shí)，鋯管的零電勢(shì)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(shì)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(jìn)行校準(zhǔn)。
7.1.2 在氧量檢測(cè)器“氧勢(shì)”端子處卸下內(nèi)部探頭連線，將手動(dòng)電位差計(jì)輸出信號(hào)由“氧勢(shì)”端子輸入，不同的毫伏輸入，信號(hào)轉(zhuǎn)換器應(yīng)顯示不同的氧量，其關(guān)系參見附錄A“氧濃度-濃差電勢(shì)對(duì)照表”。
7.1.3 確認(rèn)氧化鋯探頭性能，氧量測(cè)量及溫度控制系統(tǒng)均正常后，重新將氧量檢測(cè)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(cè)器安裝法蘭漏氣 | 擰緊檢測(cè)器法蘭 | | b.氧檢測(cè)器鋯管壓蓋未擰緊 | 擰緊鋯管壓蓋 | | c.工藝操作負(fù)壓太大或取樣裝置前設(shè)備泄漏嚴(yán)重 | 改變操作壓力及堵漏 | | d.取樣點(diǎn)溫度低，造成過濾器堵塞 | 改變?nèi)狱c(diǎn)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(biāo)不穩(wěn)定或周期性波動(dòng) | a.原料含硫波動(dòng)太大 | 適當(dāng)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(jī) | | 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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換器 | 1臺(tái) | 轉(zhuǎn)換器安裝螺絲 | 2 套 | | 氧量檢測(cè)器 | 1臺(tái) | 檢驗(yàn)合格證 | 1件 | | 碳化硅過濾器（備件） | 1臺(tái) | 使用說明書 | 1本 |
附錄A 氧濃度-濃差電勢(shì)對(duì)照表（0.1-12%）
（計(jì)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(shì)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(shì)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(shì)mV | 19.82 | 17.36 | 15.15 | 13.15 | 11.33 | 9.65 | 8.10 | 6.65 | | | | 
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