Novatech1000/1231氧量测量系统构成原理与应用分析

前言

    锅炉燃烧过程中，氧量控制品质直接影响燃烧经济性，氧化锆探头和氧量变送器的质量起着重要作用，Novatech1000型氧量变送器用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，在传感器内，温度恒定的氧浓差电池即锆头能够产生毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。

    氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆内外两侧涂有多孔性铂电极，制成氧浓度差电池，氧浓差电池位于传感器的顶端，为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置加热器，氧量变送器内的温度控制器控制氧化锆的温度，温度恒定在预先设定值，Novatech1000型氧化锆氧量变送器配接直插式传感器，直接安装在烟道内，无需采样系统，也可配接抽气式氧传感器。

    在300MW机组大修时，对氧量测量系统进行了改造，应用NOVATECH公司1000系列氧量变送器和1231系列氧化锆探头，该测量系统精度高，反应速度快，探头使用寿命长，经过运行实践证明，该测量系统可以推广应用。

1 氧量变送器基本原理

    以氧化锆作固体电介质，当高温下的电介质两侧氧浓度不同时，形成浓差电池，浓差电池产生的电势与两侧的氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可以通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量，氧化锆探头为1根氧化锆管，管中渗入一定数量的氧化钙或氧化钇，并且经过高温陪烧以后制成，它的气孔率很小，在管子的内、外壁上，用高温烧结等方法，附上金、银或铂的多孔性电极和引线，在额定的温度下，浓差电池两端产生的电势E由能斯特方程计算，如式（１）。  

式（1）

    式中，Ｐ1-在电池内侧参比气体(如空气)的氧分压；Ｐ2-在电池外侧被测烟气的氧分压；Ｒ-气体常数；Ｆ-法拉第常数；Ｔ-绝对温度=273 + t ℃；Ｃ-电池常数。

    参比气体为干燥清洁无油、含氧20.60％的空气，如果参比气侧与被测气体侧氧浓度不同时，氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。

    如果被测烟气中的氧含量减少，电池的毫伏信号就会增加，电池工作温度在700℃时，氧浓度每减少一个数量级，毫伏信号约增加48mV。

2 系统构成

    氧化锆氧量变送器是由安装在烟气道内的传感器探头、现场就地安装的氧量变送器、气源（压缩空气或者气泵）以及之间的连接电缆、连接气缆组成。

2.1 传感器

    传感器由探头、探头法兰、测量电池、加热器、过滤元件以及电缆接线端子、参比气管接头及校验气口等组成，测量电池本体分为3层，铂电极-氧化锆电解质-铂电极，铂电极是多孔性的，被测气体通过过滤器，或者试验气体通过传导通道，进入测量电池被测气体一侧，而另一侧通入一定流量的含氧20.60％的参比空气，在正常测量时，校验气口用堵头螺杆密封，以防止空气进入被测气体一侧，影响测量效果。