产品介绍 YK-YHG-101型微机化氧量自动分析仪 　YK-YHG-101C型直插式微机化氧量自动分析仪是在总结系列氧化锆氧量分析仪多年研究和应用经验后，研制成功的新型氧量分析仪，适用于炉气气氛极端复杂的硫酸生产装置及其它工业锅炉生产装置上。它的主要特点是氧量检测器的结构设计及铂电极的化学配方、涂敷工艺充分考虑了被测炉气组分极端复杂这一特点，可保证检测器在直插条件下应用时，具有足够长的寿命。而其信号转换部分以89c52微处理器为核心，通过软件实现仪表大部分功能，硬件配置重点强化仪表的抗干扰措施。 从提高氧量测量值可靠性入手，延长氧量检测器的连续使用寿命，并使仪表具备与检测器要求相适应的自诊断功能及抗干扰能力，是当前氧化锆氧量分析仪面临的重大技术课题。本仪表在完善氧化锆探头金属化工艺及仪表信号处理器实现智能化等方面有较大突破。 性能指标 测量范围：0～5%O2,0～10%O2,0～25%O2 测量精度：50%F S温控温度：700℃输出：0～100mADC或4～20mADC负载电阻：0～1.6K(0－10mADC),0～0.8K(4～20mADC)环境温度：0～50℃消耗功率：150W电源电压：220VAC 10%,50Hz报警功能：两组常开接点输出 使用说明书YHG-101C型直插式微机化氧量自动分析仪是在总结YHG系列氧化锆氧量分析仪多年研究和应用经验后，研制成功的新型氧量分析仪，适用于炉气气氛极端复杂的硫酸生产装置及其它工业锅炉生产装置上。它的主要特点是氧量检测器的结构设计及铂电极的化学配方、涂敷工艺充分考虑了被测炉气组分极端复杂这一特点，可保证检测器在直插条件下应用时，具有足够长的寿命。而其信号转换部分以8031微处理器为核心，通过软件实现仪表大部分功能，硬件配置重点强化仪表的抗干扰措施。从提高氧量测量值可靠性入手，延长氧量检测器的连续使用寿命，并使仪表具备与检测器要求相适应的自诊断功能及抗干扰能力，是当前氧化锆氧量分析仪面临的重大技术课题。本仪表在完善氧化锆探头金属化工艺及仪表信号处理器实现智能化等方面有较大突破，具体内容如下：⑴多孔性铂电极的化学配方及涂敷工艺可保证氧量检测器氧化锆探头在焙烧炉气氛中有足够的使用寿命。⑵仪表具有多种线性量程选择。⑶仪表温度控制系统所给出的升温曲线能满足氧化锆材料对升温速度的要求。⑷仪表信号具有必要的自诊断功能。1.工作原理 本仪器依据浓差电池原理构成，和其它电池一样，它具有两个半电池，而在两电极之间，用固体电介质氧化锆联结。在高温下，当氧化锆两侧有氧浓差时，就形成了氧浓差电池，电池电动势的大小可根据奈恩思特(Nernst)公式计算，即： 式中： E 浓差电池输出，mV; n 电子转移数，在此为4；R 理想气体常数，8.314W S／mol； F 法拉第常数，96500C；T 绝对温度，K； P O2 高浓度侧氧分压； P O2 低浓度侧氧分压。当电池工作温度固定于700℃时，上式为：由上式可知，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%)时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量自动分析仪的测氧原理。700℃时氧浓差与氧浓差电势关系见附录A。2.主要技术参数2.1测量范围显示：0～25.0%O2：(三位数字显示)模拟量输出(线性)：0～5.00%O2，0～10.0%O2、0～25.0%O2 (对数)：0.1～10.0%O22.2测量精度：5级2.3响应时间： 5S(90%测量值)2.4温度精度：700 3℃2.5显示内容：氧浓(O2%)、氧势(mV)、炉温(℃)、加热电压（V）、 量程上、下限（O2%）、报警上、下限（O2%）2.6键盘设定：报警上、下限设定，探头零电势校正2.7自诊断内容及故障类别符号：E 0氧量上限 E 1氧量下限 E 2温度异常(高)E 3温度异常(低) E 4温升异常(快) E 5温升异常(停)E 6氧势异常 E 7断偶2.8输出：0 10mA或4 20mA2.9负载电阻：0-1.6k (0-10mA输出),0-800 (4-20mA输出)2.10检测器有效插入长度为1.0m3.使用条件3.1信号处理器的使用条件3.1.1仪器安装环境应无易燃、易爆和强腐蚀性气体，并要求通风良好。3.1.2工作环境温度：0-50℃3.1.3工作环境湿度： 90%3.1.4供电电压：220V.AC 10%50Hz3.1.5功率消耗：150W3.2氧量检测器的现场安装条件 检测器的现场安装场所必须满足下列条件：3.2.1避开震动场合；3.2.2要有足够的工作空间。4.仪器的组成整套仪器由氧量检测器、信号处理器及有关附件组成。4.1氧量检测器 氧量检测器由防尘装置、氧化锆管、加热电炉、测温热电偶、接线盒以及壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能，提高使用寿命。 氧化锆管是该检测器的核心，由它产生氧浓差电势信号，使用时应注意避免剧烈震动，以免损坏。 检测器内加热电炉的作用是提供氧化锆元件正常工作所需的温度，为延长加热电炉的寿命，在工艺上做了特殊的处理。由于检测器本身带有加热装置，因而在低于600℃的环境中仍能正常工作。4.2信号处理器 YHG-101C型微机化氧量自动分析仪的信号处理器实际上是一个小型的测控系统，由8031单片机作为中央控制系统，8KEPROM2764用作程序存贮器，2KE2PROM2817用作数据存贮器，外围配有74LS377驱动的准静态LED显示器，8155的PB、PC口作为十位键盘输入口，PA口作为功能发光管显示，TIMEROUT作频率信号输出口。将来自氧量检测器的模拟信号(氧势、热电势)分别调制成0-10KHz调频信号，经光电隔离后送至计算机，采用调频方式能将仪表输入、输出相互隔离，这样就消除了诸如大电流跳变所引起的干扰，能够克服高共模电压，因而大大提高了仪表的抗干扰能力。应用程序主要由主程序和子程序组成，所有的程序都采用模块结构编制，便于修改、增加软件功能，以满足不同用户的特殊需要。程序运算采用了三位浮点数，保证了运算的精度，对氧浓、炉温的计算，采用查表线性插值法，对炉温的控制采用增量式PID算式控制。信号处理器的电气原理框图见图1 断偶检测 计 算 机电偶 放大 V/F 光隔 整形 三位LED显示 ZrO2 放大 V/F 光隔 整形 十位键盘 输出 电炉 固态继电器 光隔过零检测 光隔 F/I 氧 量 处理器 报警检测器图1 信号处理器电气原理框图5.仪器的安装5.1取样点位置的选择 选择取样点的原则有：5.1.1所取的气样能快速反映工艺状态的变化情况，即气体要具有代表性；5.1.2在硫酸生产装置应用时，当原料为硫铁矿时，为避免SO3的冷凝，取样点气体温度应高于400℃，其范围为400-680℃。安装位置应选于炉气冷却器或电除尘进口工艺管道上，对带余热锅炉流程，则选于三烟道中部。当原料为锌精矿时，为避免高温下，锌矿渣对检测器的堵塞，取样点气体温度应在300～500℃之间，安装位置应在气化器出口、电除尘进口或在余热锅炉出口的工艺管道上。对非硫酸生产装置的烟气含氧量测量，其取样点应选取在炉气温度为200℃ 680℃范围内的设备上；检测器以与水平夹角 0℃俯角方式按装（参见图2a）,在设备表面温度小于200度情况下，检测器亦可垂直俯插入设备内。5.1.3取样点的温度、压力、流量等参数不应变化太大；5.1.4氧检测器插入深度应达到烟道气流部位，避免死区；5.1.5切忌在管道、烟道底部开口取样；5.1.6取样点附近炉堂、烟道应无泄漏，否则将造成测量误差；5.1.7要选择在易于维护、检修的地方。5.2氧量检测器的安装氧量检测器的安装参照图2进行。 图2a 氧量检测器安装示意图 图2b设备留头制作预先加工好带法兰的 89mm设备短节，长度L根据检测器实际需要插入深度而定（检测器出厂插入长度为1000毫米）。按要求选好取样位置(炉壁或管道)，开一个 90的孔，将短节以和水平夹角 0℃俯角方式焊接到设备上，焊接时要保证焊接处不漏气。对带余热锅炉流程，在选定取样点位置后， 89mm设备短节应根据保温厚度适当加长穿过炉体保温砖，尾部成俯角与炉体钢壳焊牢，露出部分长度约150mm。必须注意：应保证 89mm设备短节与炉体保温砖之间的密封，绝对不能泄漏。把检测器插入短节，在短节法兰与检测器法兰间垫上2-4mm厚的石棉垫，旋紧4个螺栓，使其不漏气即可。5.3信号处理器的安装信号处理器的外形尺寸：水平 垂直 深 240 288 130mm信号处理器的开孔尺寸：水平 垂直 205+1 275+1mm 信号处理器用随机配备的安装夹板及螺丝安装在仪表盘上，亦可安装在现场仪表保护箱内（保护箱型号：YXH-654-1）。5.3.1信号处理器与检测器之间的连接信号处理器盘装于控制室,氧量检测器安装于现场,它们之间连接线有：氧势信号线两根采用RVVP2 1.5带屏蔽二芯电缆线敷设、电偶冷端补偿导线两根，采用K分度号KX-G型2 1.5带屏蔽二芯补偿导线敷设、电炉加热线两根，采用RVV2 2.5二芯电缆线敷设。信号处理器与氧量检测器之间的接线见图3。 3 信号处理器与氧量检测器接线图5.3.2接线时应注意下列要求:5.3.2.1加热线与信号线应分开穿管；5.3.2.2锆管的氧势、热电偶温度补偿信号线都是具有极性的信号线，安装时应注意极性的正确连接。6.使用方法6.1信号处理器的使用6.1.1开机及状态说明置信号处理器于 测量 状态（出厂时，信号处理器已置于测量状态），开机后，显示屏显示 ――― 符号，表示开机正常，2S后进入程序升温状态，显示屏交叉显示 及温度，温度键对应指示灯亮，经1h炉温到达700℃，并自动退出程序升温状态转入氧量测量程序，氧量键对应指示灯亮，LED窗口显示当时氧量，输出通道给出与所选择的测量范围、刻度特性（线性或对数）及当时氧量有关的模拟量(0-10mA或4-20mA)。 开机后各状态说明如表1。 表1 开机后状态说明状 态显 示输 出说 明 开 机――― 开机后稳定约2S程序升温升温符 、温度值各1S0-1000℃对应为0-10mA或4-20mA按键不影响输出氧量测量 氧 量由数字开关 2 3 的位置决定按键不影响输出 6.1.2在线查询参数在线查询参数的具体按键操作说明如表2 表2 测量状态下按键操作详细说明按 键显 示 内 容氧量氧量（O2%）温度炉温（℃）加热电压电炉加热电压（V）氧势经零电势校正后的氧探头电势（mV）氧势、氧量零点(同时按)显示氧探头输出电势（mV）氧量零点显示测量范围下限设定值（O2%）氧量量程显示测量范围上限设定值（O2%）上限报警显示氧量上限报警设定值（O2%）下限报警显示氧量下限报警设定值（O2%） 在 程序升温 状态下，仪表显示升温符号及当时温度值，在正常 测量 状态下，仪表显示当时 氧量 值，当要查询 温度 或 氧量 以外的其它参数时，只要按下面板对应键，在显示窗口立即显示对应参数值，但按键动作不影响程序升温时温度或测量状态时氧量所对应的模拟输出量，且在10S后显示内容自动返回，恢复显示程序升温状态时的温度或测量状态时的氧量值。 总之，在测量时，任何按键动作不影响与氧量相对应的模拟量输出，仅仅是显示内容的改变，且在10S后返回。6.1.3氧探头零电势的校正氧探头零电势可以通过 氧势校正 及 加 、 减 键，将其校正在 0.1mV以内。具体步骤如下：6.1.3.1仪器在测量状态下，向氧化锆探头内通入空气(流量400-600ml/min)；6.1.3.2按氧势校正键；6.1.3.3如零电势为正值，用 减 键，反之用 加 键，每按一次增、减0.1mV，直至校正至 0.1mV以内。注意：在进行校正时，必须将调节系统由 自动 切至 手动 ，否则将使调节系统失控。6.1.4上下限报警设定值的改变按上限报警(或下限报警)键，此时显示上限报警(或下限报警)设定值，如需进行改变，按 加 或 减 键，直至符合要求为止。6.1.5异常报警说明在发生异常时，LED窗口显示故障类别，并将报警接点接通，此时，输出不自锁。详细说明如表3。 表3 异常报警功能说明显示报 警 内 容可 能 故 障E 0氧量上限 E 1氧量下限 E 2温度异常（高）炉温高于750℃ E 3温度异常（低）炉温低于650℃ E 4温升异常（快）程序升温时，温度上升太快，不受控制。固态继电器击穿E 5温度异常（停）程序升温时，停止升温。电炉丝断固态继电器截止E 6氧势异常检测到氧电势高于120mV E 7断偶断偶或电偶极性接反 6.2投运步骤仔细检查氧量检测器是否符合第5节所述安装要求后，在检测器电炉温度达到700℃后，仪表应显示系统当时氧含量，并输出与氧量对应的模拟量。 7.故障判别及排除方法7.1在硫酸生产装置应用时故障现象、原因、排除方法详见表4。 注：表4不包括由于仪器信号故障所造成的氧量测量值偏高、偏低或不稳定，其故障排除方法可参阅附录B 仪表的调试 。7.2故障处理步骤7.2.1将氧量检测器从取样口抽出，在现场与信号处理器按说明书要求正确接线，并使氧量检测器氧化锆探头升温至700℃。测量锆管的零电势及高温内阻，应分别小于 5mV及200 （出厂时，锆管零电势及高温内阻分别小于 3mV及50 ），如能符合要求，说明氧化锆探头性能良好。7.2.2在氧量检测器 氧势 端子处卸下内部探头连线，将手动电位差计输出信号由 氧势 端子输入，不同的毫伏输入，信号处理器应显示不同的氧量，其关系参见附录A 氧浓度 浓差电势对照表 。7.2.3确认氧化锆探头性能，氧量测量及温度控制系统均正常后，重新将氧量检测器装回取样口，按表4所列现象按先后次序检查、排除。表4 故障现象、原因、排除方法现 象原 因排 除 方 法氧量偏高a.氧检测器安装法兰漏气拧紧检测器法兰b.氧检测器锆管压盖未拧紧拧紧锆管压盖c.工艺操作负压太大或取样装置前设备泄漏严重改变操作压力及堵漏d.取样点温度低，造成过滤器堵塞改变取样点位置氧量偏低a.焙烧用矿源含碳或磁性氧化铁（Fe3O4） b.焙烧炉冷却水箱漏水堵漏氧量指标不稳定或周期性波动a.原料含硫波动太大适当拌矿b.加料皮带转速不匀或空转拉紧加料皮带或检查加料电机c.工艺管道局部堵塞，系统阻力不稳定消除工艺管道堵塞现象升温过快固态继电器故障更换继电器氧检测器不能升温固态继电器故障同上电炉加热丝断更换电炉8.仪表成套性全套仪表装箱清单：信号处理器1台 处理器安装夹板及螺丝2套氧量检测器1台 检验合格证1件碳化硅过滤器（备件）1只 使用说明书1本 附录A 氧浓度 浓差电势对照表（0.1 15%O2）(计算条件：参比气氧浓度为20.6%，工作温度700℃)。氧浓度%(V/V)0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00电势mV111.797.1488.6482.6777.9374.1170.8868.0365.6263.41氧浓度%(V/V)1.502.002.503.003.504.004.505.006.007.00电势mV54.9148.8844.2040.3837.1534.3531.8829.6725.8522.62氧浓度%(v/v)8.009.0010.011.012.013.014.015.0 电势mV19.8217.3615.1513.1511.339.658.106.65 附录B 仪表的调试 需要强调的是，本仪表在出厂时已经严格调试，只有在下列情况下，用户才可以在详细阅读本节后对仪表进行调试： ⑴氧势、热电势输入通道部分元件更换后； ⑵输出通道模拟量偏离标准输出（0 10mA或4 20mA）时； ⑶在进行下列调试时，均应断开氧量检测器加热电炉连线，以免电炉超温发生故障。打开仪表信号门，门背部安装有计算机板，取下屏蔽板，可以看到计算机板上装有四个数字开关，此开关位置及功能见表B.1。 表B.1 数字开关位置及功能数字开关序号功能（关位置）功能（开位置）1测 量调 试2输出量程范围选择(见表B.2)输出量程范围选择(见表B.2)3同上同上40 10mA4 20mA将数字开关1置于开位置，仪表即进入调试状态。接通电源，显示屏显示 ――― ，表示开机正常，2S后进入程序升温状态，经1h炉温到达700℃，并自动退出程序升温状态。在程序升温状态，显示交叉显示 及温度，输出模拟量为0 10mA或4 20mA（对应于0 1000℃）。如按动某一功能键，显示屏显示与该功能相应的参数值，模拟输出量为与该参数相对应的电流值（参数显示值与模拟量对应关系见表B.3），且不返回。B.1氧量输出量程范围的改变 氧量输出量程可通过改变数字开关2、3的位置来选择，数字开关的具体位置见表B.2。表B.2 氧量输出量程 数字开关位置对照表数字开关位置2 关2 开3关 0 10.0% (线性）0 5.00%（线性）3开 0 10.0% （对数）0 25.0%（线性）B.2热电势输入通道更换元件后，可用软件对该通道零点、量程进行校正。 热电势通道零点调试步骤如下:B.2.1仪表进入调试状态；B.2.2温度计测出冷端（AD590处）的实际温度；B.2.3电偶输入端短路；B.2.4同时按下 温度 及 氧量零点 键，对应按键指示灯同时亮，LED窗口显示冷端温度(室温)(在程序升温时，交替显示升温符号 和温度）；按动 加 或 减 键，使显示温度与冷端实际温度相符为止。B.3热电势输入通道量程的校正 调试步骤如下：B.3.1仪表进入调试状态；B.3.2热电偶输入端输入700℃时的镍铬-镍硅电偶电势与冷端电势的差值；B.3.3同时按下 温度 及 氧量量程 键，对应按键指示灯同时亮，LED窗口应显示700℃；如温度显示值偏离700℃，可按动 加 或 减 键，直至温度显示值为700℃为止。B.4氧势输入通道零点、量程的校正 氧势输入通道更换元件后，可用软件对该通道的零点、量程进行校正。调试步骤如下：B.4.1仪表进入调试状态；B.4.2锆管输入端短路；B.4.3同时按下 氧势 及 氧量零点 键，对应按键指示灯同时亮，LED窗口显示0mV，否则可按动 加 或 减 键。B.4.4氧势输入端输入电势为120mV（99.9mV）。B.4.5同时按下 氧势 及 氧量量程 键，对应按键指示灯同时亮。LED窗口应显示120mV或99.9mV，否则可按动 加 或 减 键。B.5输出通道模拟量零点、量程的校正调试步骤如下：B.5.1仪表进入调试状态；B.5.2输出端接记录仪或电流表；B.5.3同时按下 氧量 及 氧量零点 键，对应按键指示灯同时亮，LED窗口显示测量零点值，模拟输出应为0mA（0-10mA输出时），否则可按动 加 或 减 键，使输出调至大于0mA，然后缓慢减小，使其刚为0mA；B.5.4同时按下 氧量 及 氧量量程 键，对应按键指示灯亮，LED窗口显示测量量程值（由表B.2设定位置决定），模拟输出应为10mA（0-10mA输出时），否则可按动 加 及 减 键，使输出达10mA为止。B.5.5当要求模拟输出范围为4-20mA时，调试步骤同上，但需反复多次。调试状态下功能查询见表B.3。 表B.3 调试状态下功能查询表按 键显示参数参比显示值与输出量关系备 注 氧 量百分氧浓度(O2%)测量范围零点，量程设定值对应于0-10mA或4-0mA显示范围为0-25.0% 温 度炉温(℃)0-1000℃对应于0-10mA或4-20mA温度负值时，输出模拟量下限(0mA或4mA)锁定加热电压加热电炉两端电压0-110V对应于0-65V 氧 势经零电势校正后的氧探头电势（mV）0-120mV对应于0-10mA或4-20mA显示范围为-20-120mV氧势零点(同时按)氧探头输出实际电势（mV）0-120mV对应于0-10mA或4-20mA 同上氧量零点测量范围零点设定值（O2%）同氧量 氧量量程测量范围量程设定值（O2%）同上 上限报警上限报警设定值（O2%）同上 下限报警下限报警设定值(O2%)同上 说明： 为便于仪表调试及进行性能测试，在 调试 状态下，键盘显示及输出方式与 测量 状态下有所不同，主要有： ⑴按动任一功能键，LED窗口显示对应参数值，且不返回； ⑵除断偶外，其余报警功能解除； ⑶仪表模拟输出与显示内容及数值有关； 附录C过滤器、氧化锆管的更换当仪器运行出现不正常(如氧量测量值明显偏高、反应不灵敏等)情况时，首先应当按照表4所提供的故障排除方法进行处理，若不能解决问题，这时再考虑更换过滤器或氧化锆管。图C.1是过滤器、氧化锆管装配示意图。C.1更换过滤器 C.1.1取出氧检测器，并将其自然冷却至室温；C.1.2旋下过滤器紧固螺钉3(共2只)；取下过滤器压盖1和过滤器2；并将表面清理干净； 1.过滤器压盖；2.碳化硅过滤器；3.过滤器紧固螺钉；4.锆管上压盖5.锆管下压盖；6.密封圈； 7.氧化锆管固定座； 8.压紧螺钉；9.外电极引线 铂金镀层 10.中心管; 11.不锈钢保护管 .图C.1 过滤器、氧化锆管装配示意图C.1.3换上新的过滤器，装上压盖并旋紧紧固螺钉即可。C.2更换氧化锆管C.2.1按照C.1过滤器更换步骤取下过滤器；C.2.2旋下压紧螺钉8(共4只)；C.2.3取下锆管上压盖4；C.2.4取出氧化锆管7、密封圈6，并将锆管下压盖中装填锆管凹槽的密封面表面清理干净；C.2.5换上新的密封圈、氧化锆管，氧化锆管内电极引线应折弯放在氧化锆管座的端面上，装上锆管上压盖、拧上压紧螺钉并旋紧(4只螺钉应对角均匀施力，以确保氧化锆管不被损坏和具有良好的密封效果)。 注1.取出氧化锆管7时,防止和铂镀层9,因高温下粘接在一起,可轻微晃动锆管固定座7,脱开粘连后取出氧化锆管。2.建议检测器故障返厂修理。