氧化锆分析仪维修规程

氧化锆分析仪维修规程

一、氧化锆分析仪原理及组成

氧化锆氧量分析仪(又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表)，主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池(氧浓差电池，也简称锆头)产生一个毫伏电势，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，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧分析仪内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。

在额定的温度下，电池输出电势用下面的公式计算（Nernst方程）：

式中： 

Ｐ1──在电池内侧参比气体(如空气)的氧分压；   

Ｐ2──在电池外侧被测气体(如烟气)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。

参比气体应为干燥清洁无油的空气( 含氧20.60％ )。在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。电池输出就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。

氧化锆氧分析仪由氧化锆检测器（探头）、显示控制仪（温度控制器、送送器及显示记录）两部分组成，探头的作用是将氧浓度转化为电势信号，而显示控制仪的作用是恒定探头中氧浓差电池温度并将电势信号转化为氧浓度。

氧化锆管是氧化锆探头的核心，它由氧化锆固体电解质管、铂电极和引线构成，管子内部通入参比气体，管子外部通入被测烟气等。

温度控制器连接热电偶和加热器，采用控温电加热方式使氧化锆管维持正常工作所需的恒定温度（850），使之恒定在某一设定温度上。

变送器接收探头输出的氧浓差电势信号，并转换为标准电流信号，送给显示仪表进行显示。

二、调校/标定

（一）在标定过程中，要使用两种已知浓度的标气，根据这两种标气计算的斜率和锆池常数，可以确定在工业应用中氧浓度测量是否准确。

（二）在标定之前，要验证标气浓度，设置标气流量c) 通过流量计，将标气流量设定为5标准立方英尺/小时，但是，只有在将新的扩散元件安装到分析仪上时，才将标气流量设定为5标准立方英尺/小时。而在其他任何时候调整标气流量都会对锆池产生压力，使标定产生偏差。

（三）在含尘量较高的应用中，锆头扩散元件会由于长期使用而产生堵塞情况，这将延长氧化锆头的响应时间。检验氧化锆头扩散元件是否堵塞的最好方法，是将标定完的分析仪放回测量系统，观察其恢复正常读数所需的时间。另外，通过观察标定时流量计的读数是否降低（轻微），也可以判断氧化锆头扩散元件是否堵塞。

（四）如果标定时标气流量计读数有轻微下降，或响应时间过长，则需要更换氧化锆头扩散元件。每次更换完氧化锆头扩散元件，需要将标气流量重新设定为5标准立方英尺/小时，并重新标定分析仪。更换氧化锆头扩散元件的详细步骤，

（五）标定方法可分为手动、半自动和全自动三种。

1：自动标定

自动标定不需要操作人员动手，但是，标气一定要通过管线，送至分析仪，变送器的逻辑输入/输出端口需经由HART/AMS界面，

2：半自动标定

半自动标定需要操作人员动手按一下启动键，但是，标气也一定要通过管线，送至分析仪

3：手动标定

手动标定要在分析仪的安装现场进行，要求操作人员参与全过程。在变送器右侧机壳盖内，可以看到手动标定步骤。

将控制回路放在手动档；

验证标气参数；

如果用CALIBRATION 的LED或CAL的LED灭进行手动标定，则从步骤1开始；

如果用CALIBRATION 的LED或CAL的LED亮进行手动标定，则从步骤2开始；

（1） 按CAL键，CALIBRATION的LED亮，而CAL的LED状态固定不变。如果用万用表测量TP5和TP6，则读数为锆池的百分比氧浓度值；

（2）按CAL键，CALIBRATION的LED灭，CAL的LED连续闪烁，此时可以组态，其4-20mA输出信号保持在标定前的数值，默认的状态是输出跟踪，CAL的LED连续闪烁表明准备接受第一瓶标气进行标定；

（3）接第一瓶标气（如果步骤4在30分钟内没有完成，则电子单元中断标定）；

（4）按CAL键，CAL的LED状态固定不变，定时器被触发，使足够的标气进入（默认的时间是5分钟）。在定时器的定时结束时，可以读到第一种标气的读数，此时，CAL的LED连续闪烁，表明0准备接受第二瓶标气进行标定；

（5）取下第一瓶标气，接第二瓶标气（如果步骤6在30分钟内没有完成，则电子单元中断标定）；

（6）按CAL键，CAL的LED状态固定不变，定时器被触发，使第二种标气进入。在定时器的定时结束时，CAL的LED将闪2次或3次（闪2次是默认标定，闪3次是不默认标定）。如果斜率或锆池常数超过设定值，则诊断报警的LED闪烁，在吹扫结束后，诊断报警消失。如果闪3次而没有诊断报警，则说明第二瓶标气与第一瓶标气相同，或者没有将标气切换好。CAL的LED闪烁表明标定完成；

（7）取下第二瓶标气；

（8）按CAL键，CAL的LED与吹扫时状态一样（默认的吹扫时间是3分钟），吹扫完成，CAL的LED灭，从保持状态退出，开始过程读数。

如果标定有效，则诊断报警的LED（发光二极管）显示正常操作，假如新标定的值，包括斜率、锆池常数超出了变送器的设定范围，则诊断报警的LED显示报警（参见诊断代码解释）。如果标定无效，则不更新新的标定值，包括斜率和锆池常数，返回正常操作，并执行前一次标定得到的相关参数。

三、日常维护

（一）安装时注意

仪器到达时，小心地打开包装并检查仪器在运输过程中是否损坏。另外，请检查技术规格是否与定货相符，需要的附件是否丢失。

1：探头顶端的锆池（传感器）是由陶瓷（氧化锆）组成。不要让探头跌落或承受重压。

2：探头安装时传感器（探头顶端）不能碰到任何东西。

3：探头安装时避免水直接滴落到检测器的探头（传感器）部分；不要将探头顶端安装得比其底部还高 ；如果探头长度大于2.5米，探头应该垂直安装（倾斜度不超过5°）

4：通入校正气以前检查校正气管路，确保无气体泄漏。如果有气体泄漏，测量气体带入的湿气会损坏传感器。

5：探头（特别是在尖端）使用后会变得非常烫，在拆装时带上手套小心处理。

确认电源电压与仪器的额定电压匹时配，才能连接电源线。另外，连接电源时，应先确认电源已关闭。

四、故障判断及处理

（一）故障1——热电偶开路：关电源，测量热电偶红线和黄线间的电阻； 电阻读数约为1欧姆； 如果热电偶开路：要更换加热器。

（二）故障2——热电偶短路：更换加热器。

（三）故障3——热电偶接反：热电偶红线和黄线是否在正确的位置；

如果接线正确：则问题出自电源板，应该更换相应的电器元件。

（四）故障4——加热器开路：关电源，取下电子面板， 用万用表，测量加热器的接头。测量值约为72欧姆；如果加热器开路：要更换加热器。

（五）故障5——加热器温度高高报警：关电源冷5分钟，重新恢复供电； 如果显示情况依旧，应该更换相应的电器元件。

（六）故障6——机壳温度高报警：如果机壳温度超过185华氏度（85摄氏度），则温度控制器关，4-20mA输出信号为默认值；

这表明工作的环境温度超过了允许值，或者热对流产生的热量使机壳的工作温度超过了极限值。在法兰与变送器之间安装一截短管（bypass），或许可以解决问题； 如果短管不能解决问题，只能更换安装位置。

（七）故障7——加热器低温报警：关电源，取下右图电子面板，用万用表，测量加热器的接头； 如果加热器是好的，读数约为70欧姆。如果加热器坏了，更换加热器。

（八）故障8——加热器高温报警：可能铂电极故障，焙烧在锆池两侧的铂电阻烧坏了； 更换加热器，如果必要的话，更换锆池法兰。

（九）故障9——氧化锆锆池损坏：当锆池的阻抗值超过最大值，则触发锆池坏报警； 更换锆池。

（十）故障10——EEPROM损坏：如果EEPROM改成过时的软件版本，则出现报警，在给变送器送电时，EEPROM不更新； 要消除该报警，断电源，再合电源，报警消失；如果变送器运行时仍出现报警，则微处理器的硬件有问题；反复断、合电源，均不能消除报警，更换EEPROM。

LED（发光二极管）状态指示器 （诊断/单元报警）

1：HEATER T/C 加热器热电偶

2：HEATER 加热器

3：O2 CELL 氧化锆锆池

4：CALIBRATION 标定

五、大修内容和检修注意

（一）拆除

1：关闭电源；

2：关闭与变送器连接的标气开关和参比气（仪表风）开关；

3：断开与仪表连接的标气管线和参比气（仪表风）管线；

4：正对带罗斯蒙特标签一面，卸下左侧防护盖的螺丝、外壳锁扣、垫片和防护盖，露出子板；

5：松动电源端子板防护盖的螺丝，将防护盖旋转180°，松动电源火线和中线接线端子的螺丝，取下接线。松动接地端子螺丝，取下接线。将电缆从电源电缆进线口抽出；

6：松动逻辑输入/输出端子和4-20mA信号端子的螺丝，将电缆从信号电缆进线口抽出；

7：拆除安装法兰周围的保温层，取下螺栓，将仪表从烟道或烟囱上取下来，放在安全、干净的工作场所；

8：让变送器的工作单元冷却到适合工作的温度。

（二）就位（与拆除的顺序相反）

1：将变送器安装在烟道或烟囱上；

2：接逻辑输入/输出信号和4-20mA信号线；

3：接电源线；

4：安装好接线端子板一侧的防护盖；

5：接好标气和参比气（仪表风）的管线；

6：打开标气和参比气（仪表风）的开关；

7：给仪表送电。