簡介
氧化鋯氧量分析儀廣泛套用於多種行業的燃燒監視與控制過程，並且幫助各行業領域取得了相當可觀的節能效果。套用領域包括能耗行業，如鋼鐵業、電子電力業、石油化工業、制陶業、造紙業、食品業、紡織品業，還包括各種燃燒設備，如焚燒爐、中小型鍋爐等。為何要進行氧含量監測
隨著人們環保和節能意識的逐漸提高，眾多大中型企業如鋼鐵冶金、石油化工、火力發電廠等，已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護環境等作為提高產品質量和增強產品競爭能力的重要途徑。鋼鐵行業的軋鋼加熱爐、電力行業的鍋爐等燃燒裝置和熱工設備，是各行業的能源消耗大戶。因此，如何測量和提高燃燒裝置的燃燒效率、確定最佳燃燒點，是十分令人關心的。確定最佳燃燒效率點
供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱並不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐為例，有效熱是為了使物料加熱或熔化（以及工藝過程的進行）所必須傳入的熱量，爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。當鼓風量過大時（即空燃比α偏大），雖然能使燃料充分燃燒，但煙氣中過剩空氣量偏大，表現為煙氣中O2含量高，過剩空氣帶走的熱損失Q1值增大，導致熱效率η偏低。與此同時，過量的氧氣會與燃料中的S、煙氣中的N2反應生成SO2、NOX等有害物質。而對於軋鋼加熱爐，煙氣中氧含量過高還會導致鋼坯氧化鐵皮增厚，增加氧化燒損。當鼓風量偏低時（即空燃比α減小），表現為煙氣中O2含量低，CO含量高，雖說排煙熱損失小，但燃料沒有完全燃燒，熱損失Q2增大，熱效率η也將降低。另外，煙囪也會冒黑煙而污染環境。
所謂提高燃燒效率，就是要適量的燃料與適量的空氣組成最佳比例進行燃燒。熱效率與煙氣中的CO、O2、CO2含量以及排煙溫度、供熱負荷、霧化條件等因素有關。因此，可通過測量並控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調節空氣消耗係數λ，來達到最高燃燒效率。
燃燒效率控制由來已久，上世紀60年代，曾廣泛採用CO2分析儀監測煙道氣體中CO2含量來控制空氣消耗係數λ以達到最佳，但CO2含量受燃料品種影響較大。70年代後，逐漸採用煙氣中O2含量或O2含量和CO含量相結合的方法來控制燃燒效率。
提高燃燒效率最直接的方法就是使用煙氣分析儀器（如煙氣分析儀、燃燒效率測定儀、氧化鋯氧含量檢測儀）連續監測煙道氣體成分，分析煙氣中O2含量和CO含量，調節助燃空氣和燃料的流量，確定最佳的空氣消耗係數。
測量煙氣中含氧量的儀表稱為氧分析儀（氧量計）。常用的氧分析儀主要有熱磁式和氧化鋯式兩種。
熱磁式氧分析儀
其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體），在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受後面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成"熱磁對流"或"磁風"現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。由於熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現溫度梯度，即進氣側橋臂的溫度低於出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。熱磁式氧分析儀雖然具有結構簡單、便於製造和調整等優點，但由於其反應速度慢、測量誤差大、容易發生測量環室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴重等缺點，已逐漸被氧化鋯氧分析儀所取代。
感測器式氧分析儀
氧化鋯（ZrO2）是一種陶瓷，一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜晶體，當溫度升高到1150℃時，晶型轉變為立方晶體，同時約有7%的體積收縮；當溫度降低時，又變為單斜晶體。若反覆加熱與冷卻，ZrO2就會破裂。因此，純淨的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y2O3）作穩定劑，再經過高溫焙燒，則變為穩定的氧化鋯材料，這時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產生氧離子空穴，所以ZrO2屬於陰離子固體電解質。ZrO2主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到600℃以上時，ZrO2就變為良好的氧離子導體。 在氧化鋯電解質的兩面各燒結一個鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時，氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側氣體中氧氣含量的差（氧濃差）有關。若一側氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數），則另一側氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。氧化鋯氧分析儀具有結構和採樣預處理系統較簡單、靈敏度和解析度高、測量範圍寬、回響速度較快等優點。
煙氣分析儀器套用領域十分廣泛，例如：
熱電廠循環流化床鍋爐用於燃燒控制室的煙道氣體監測； 鋼鐵廠軋鋼加熱爐用於解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時的爐氣氣氛檢測； 全氫熱處理爐用於檢測輻射管是否燒穿漏氣； 研製新型燃燒器（蓄熱式、低NOX式、輻射管式）時用於燃燒器結構尺寸的設計研究； 汽車尾氣排放檢測； 其他工業窯爐及垃圾焚燒爐煙氣監測。
工作原理
氧感測器的關鍵部件是氧化鋯，在氧化鋯元件的內外兩側塗上多孔性鉑電極製成氧濃度差電池。它位於感測器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在感測器中設定了加熱器。用氧分析儀內的溫度控制器控制氧化鋯溫度恆定。氧化鋯氧量分析儀的構成是由氧感測器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀（又稱變送器、變送單元、轉換器、分析儀）以及它們之間的連線電纜等組成。BQG-2118-S型系列推薦。TCZ-1氧量分析儀原理
氧化鋯探頭是利用氧化鋯濃差電勢來測定氧含量的感測器，其核心的氧化鋯管安置在一微型電爐內，位於整個探頭的頂端。氧化鋯管是由氧化鋯材料摻以一定量的氧化釔或氧化鈣經高溫燒結後形成的穩定的氧化鋯陶瓷燒結體。由於它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導體。因其這一特性，在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便是一個典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位於內外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經外電極，煙氣流經內電極，當煙氣氧含量P小於空氣氧含量P0（20.6%O2）時，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子，發生如下電極反應：
O（P0）+4e-→2O-2
氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內電極上發生相反的電極反應：
2O-2 →O（P0）+4e-
由於氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產生的電勢又導致氧
離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡後，便在兩電極間產生一個與氧濃差有關的電勢信號E,該電勢信號符合"能斯特"方程：
E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)
式中R、F分別是氣體常數和法拉第常數，T是鋯管絕對溫度（K）, P0是空氣氧含量（20.6%O2）, P 是煙氣含量。由（1） 式可見，在一定的高溫條件下（一般）600℃），一定的煙氣氧含量便會有一對應的電勢輸出，在理想狀態下，其電勢值在高溫區域內對應氧含量。 在理想狀態下，當被測煙氣與參比氣濃度一樣時， 其輸出電勢E值為 0 mV, 但在實際套用中，鋯管實際條件和現場情況均不是理想狀態。 故事實上的鋯管是偏離此值的。實際上，一定氧含量鋯管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下鋯管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電勢， 此值的大小又在不同溫度下呈不同的值， 並且隨鋯管使用期延長而變化。 因此， 如不對此情況處理，會嚴重影響整套測氧儀的準確和探頭壽命。
技術規格
* 測量對象：各種工業爐窯煙氣，混合氣體濃度* 測量元件：氧化鋯管
1、測氧範圍：0—20.6%O2或0--10%
2、儀器精度：系統測氧基本誤差≤±2%滿量程值
3、變送器精度：1.0級（≤1.0%滿量程值）
4、溫控精度：恆溫點的700±1℃
5、回響時間：≤3秒（達到90%的回響）
6、報警輸出：上、下限節點輸出，可選“常開”或“常閉”點
7、模擬量輸出信號：4—20 mA ADC（負載0Ω—750Ω）對應氧量0—10%O2或者0—20.6%O2
8、本底修正範圍：-20 mV—+20 mV
9、數顯形式：LED四位數碼管顯示
10、電源：AC220V±15%
11、功耗：<6W（不包括加熱功率）
12、加熱功率：約50W（平均值）可提供150W輸出功率
13、環境條件：溫度-20℃—60℃
相對濕度<90%
14、檢測器約10Kg，轉換器約5Kg
15、標定方式：叄參數標定。空氣點、標準氣點、工況點。
如何選型
主要以下幾方面考慮選型：
一.轉換器
轉換器 有盤裝（HD-2D): 開孔尺寸75+2mm×150+2mm
壁掛式（HD-2C):安裝 尺寸：260mm×205mm×90mm
轉換器的顯示量程為：0－20.6%或0－10%。
輸出為： 4-20mA
上下限為常開節點，用戶可自設定報警點。
二.檢測器
1.插入深度選擇：爐牆厚度+300mm（檢測器長度規格有400mm，600mm，800mm，1000mm，1200mm 可供選擇）
2.安裝點菸氣溫度的選擇：
煙溫<700℃，選擇SK標準型檢測器
煙溫 ≥700℃，選擇SK高溫型檢測器
主要特點
1、感測器使用了日本離子鍍膜技術，大幅度提高了使用壽命。2、氧化鋯探頭採用全321不鏽鋼（1Cr18Ni9Ti)護套，具有極佳的 耐磨及耐蝕性。
3、直插式：無需取樣系統，回響快，有效的降低煙氣中灰份堵塞。
4、熱擴散參比：無需專門的參比空氣泵，使用維護簡單。
5、雙參數設計：克服國產氧化鋯性能離散性，測量準確，延長使用壽命。
6、工況線上校準：準確可靠，單標氣線上校準方便，工況點可直接標定，測量精準。
7、熱惰性保護：安裝方便，可熱安裝，對停啟爐適應性強。
8、元件可拆：元件更換方便，便於維修，降低使用成本。
9、多功能顯示：氧含量(%)； 氧電勢；溫度，本底電勢參數數顯直觀方便
10、雙量程：同時具有0-10% 和0-20.6%雙量程，測量範圍廣。
11、雙輸出：同時具有開關量節點輸出和4-20mA兩檔輸出。
12、負載大：750歐/4-20mA,便於遠程安裝。
13、本底電勢可調，調節範圍寬，可隨時檢查元件老化等參數。
14、全浮式設計：共模輸入，抗電場干擾性強，無需專用地線，安裝方便。
15、產品系列化適應性強：可適用於燃氣、燃油、燃煤各種爐型。測量溫度從室溫至1400度均可選擇到合適的型號。
