Prinsip kerja dan perawatan penganalisis oksigen zirkonia
Tipe struktur dan prinsip kerja probe oksigen zirkonia
Berdasarkan metode deteksi yang berbeda, probe oksigen zirkonia dibagi menjadi dua kategori: probe oksigen deteksi sampel dan probe oksigen penyisipan langsung.
1. Jenis deteksi pengambilan sampel probe oksigen
Mode deteksi pengambilan sampel adalah gas yang diukur dialirkan ke ruang deteksi zirkonium oksida melalui pipa pemandu, dan zirkonium oksida dipanaskan hingga suhu kerja (di atas 750°C) melalui elemen pemanas. Zirkonia umumnya berbentuk tabung, dan elektroda menggunakan elektroda platinum berpori. Keunggulan penemuan ini adalah tidak dipengaruhi oleh suhu gas yang dideteksi, dan kandungan oksigen dalam berbagai gas dengan suhu berbeda dapat dideteksi dengan menggunakan pipa pemandu aliran yang berbeda, serta fleksibilitasnya dapat diterapkan pada banyak deteksi online industri. Kekurangannya adalah waktu reaksi yang lambat. Strukturnya kompleks, yang mudah memengaruhi akurasi deteksi. Tabung pengambilan sampel mudah tersumbat jika terdapat lebih banyak pengotor dalam gas yang dideteksi. Elektroda platinum berpori rentan terhadap korosi sulfur dan arsenik dalam gas serta penyumbatan debu halus. Pemanas biasanya dipanaskan dengan kawat listrik, dan masa pakainya tidak lama.
Jika suhu gas yang terdeteksi rendah (0-650°C) atau gas yang terdeteksi bersih, metode deteksi tipe pengambilan sampel cocok digunakan, seperti pengukuran oksigen dengan mesin penghasil nitrogen dan pengukuran oksigen di laboratorium, dll.
2. Pemasangan langsung probe pendeteksi oksigen
Deteksi tipe penyisipan langsung adalah metode di mana zirkonia dimasukkan langsung ke dalam gas terukur bersuhu tinggi untuk mendeteksi langsung kandungan oksigen dalam gas tersebut. Metode deteksi ini cocok untuk suhu gas yang dideteksi pada 700°C~1150°C (struktur khusus juga dapat digunakan untuk suhu tinggi 1400°C). Suhu tinggi gas terukur dimanfaatkan untuk membuat zirkonia mencapai suhu kerja tanpa menggunakan pemanas (gambar 3). Teknologi kunci dari probe oksigen penyisipan langsung adalah penyegelan suhu tinggi dan masalah elektroda dari material keramik. Struktur dari dua jenis probe oksigen penyisipan langsung tercantum di bawah ini.
(1) Tabung zirkonia integral
Bentuk ini dikembangkan dari bentuk tabung zirkonium oksida yang digunakan dalam metode deteksi sampel, yaitu, tabung zirkonium oksida asli diperpanjang, sehingga zirkonium oksida dapat langsung dimasukkan ke dalam gas bersuhu tinggi yang diukur. Struktur ini tidak perlu mempertimbangkan masalah penyegelan suhu tinggi.
(2) Probe oksigen zirkonia tipe penyisipan lurus
Karena kebutuhan untuk memasukkan zirkonia langsung ke dalam gas deteksi, panjang probe oksigen memiliki persyaratan yang lebih tinggi, panjang efektifnya sekitar 500mm~1000mm, dan panjang lingkungan khusus dapat mencapai 1500mm. Presisi pengujian, stabilitas kerja, dan masa pakai semuanya memiliki persyaratan yang sangat tinggi, sehingga probe oksigen yang dimasukkan langsung sulit untuk mengadopsi struktur tabung zirkonia utuh dari probe oksigen zirkonia tradisional, dan lebih mengadopsi struktur sambungan antara zirkonia dan tabung alumina dengan persyaratan teknis yang lebih tinggi. Kinerja penyegelan adalah salah satu teknologi terpenting dari probe oksigen zirkonia ini. Saat ini, cara sambungan paling canggih di dunia adalah dengan mengelas tabung zirkonia dan alumina secara permanen, kinerja penyegelannya sangat baik, dibandingkan dengan metode deteksi sampel, deteksi penyisipan langsung memiliki keunggulan yang jelas: oksida zirkonium bersentuhan langsung dengan gas, dan memiliki keunggulan presisi deteksi tinggi, kecepatan reaksi cepat, dan jumlah perawatan yang kecil.
Aplikasi industri dari probe oksigen
1. Penerapan Boiler Industri dan Tungku Pemanas
Saat menggunakan probe oksigen, ada dua cara memasukkan gas yang diukur, yaitu dengan memasukkan langsung dan dengan mendeteksi melalui pengambilan sampel. Tipe pemasukan langsung memiliki waktu respons yang singkat, tidak memerlukan pemanas, strukturnya sederhana, ukurannya kecil dan portabel, tetapi suhu gas yang diukur perlu dideteksi secara bersamaan. Karena suhu probe oksigen dikendalikan oleh pemanas, presisi pengukurannya tinggi dan pengoperasiannya andal, tetapi waktu respons bergantung pada laju aliran gas.
Penganalisis Oksigen yang dimasukkan langsung telah banyak digunakan dalam penentuan kandungan oksigen dalam gas buang boiler dan tungku pemanas ulang (Gambar 4). Probe oksigen yang digunakan untuk tujuan ini terutama mengadopsi struktur tabung, dan tabung dapat dibuka di kedua ujung atau di satu ujung, yang terakhir adalah yang paling umum di pasaran saat ini. Elektroda Pt berpori dilapisi pada dinding dalam dan luar tabung ZrO2, dan elektroda dalam dan luar masing-masing memanjang ke ujung tabung, dan kawat Ni Cr dihubungkan di ujung tabung sebagai keluaran sinyal, sehingga mengontrol sistem pembakaran untuk mewujudkan pembakaran oksigen rendah, mencapai tujuan mengurangi kehilangan panas dan menghemat energi.
Pemasangan sensor oksigen
Pemasangan yang tepat adalah kunci untuk memastikan pengoperasian sensor oksigen yang andal. Banyak masalah penggunaan disebabkan oleh pemasangan sensor oksigen yang tidak tepat.
1. Titik pengukuran sampel
Penentuan titik pengukuran merupakan pekerjaan utama, yang harus mengikuti prinsip-prinsip berikut:
(1) Titik pengukuran yang dipilih memerlukan agar gas yang terdeteksi di dalam tungku dapat dipantulkan dengan benar, sehingga dapat memastikan keaslian sinyal keluaran sensor oksigen dan menghindari sudut mati udara balik sebisa mungkin;
(2) Titik pengukuran tidak boleh terlalu dekat dengan titik pembakaran atau nosel, karena gas di bagian-bagian tersebut berada dalam reaksi yang intens, yang akan menyebabkan nilai deteksi sensor oksigen berfluktuasi dan terdistorsi secara tajam; Jangan terlalu dekat dengan peralatan penghasil udara seperti kipas, agar tidak merusak sensor akibat getaran motor;
(3) Inovasi ini dapat menghindari penempatan pada posisi yang berpotensi terjadi benturan sehingga mencegah kerusakan pada probe akibat benturan dan menjamin keamanan sensor.
2. Cara pemasangan dan penyambungan sensor oksigen
(1) Pemasangan probe oksigen dapat dilakukan secara horizontal atau vertikal, di mana pemasangan vertikal adalah yang ideal. Terlepas dari cara pemasangan yang dipilih, arah pelat pemandu tabung pengambilan sampel probe harus sejauh mungkin searah dengan aliran udara yang diukur, dan pada pemasangan awal, arah dasar ditentukan dengan memahami prosesnya. Setelah sistem dihidupkan untuk memanaskan probe, arah tabung pengambilan sampel diputar, dan fluktuasi potensi oksigen keluaran diamati dengan multimeter digital untuk akhirnya menentukan arah pemandu yang lebih baik.
(2) Sambungan yang digunakan untuk pemasangan sensor oksigen adalah sambungan flensa khusus, dan bantalan asbes diatur agar ditekan untuk memastikan penyegelan. Jika tidak, karena tungku biasa bertekanan negatif, kebocoran pada sambungan flensa dapat memengaruhi akurasi pengukuran atau menyebabkan fluktuasi sinyal.
(3) Saluran keluaran sinyal sensor oksigen sebaiknya berupa saluran berpelindung untuk menghilangkan interferensi. Cara terbaik adalah menggunakan dua kabel dua inti, satu kabel berpelindung dua inti untuk mengeluarkan potensial oksigen, dan satu kabel kontrol KVV dua inti untuk mengontrol probe agar memanaskan ujung sambungan. Jika kondisi lapangan tidak memungkinkan, kabel KVV 4 inti dapat digunakan langsung untuk menghubungkan sinyal potensial oksigen probe dan ujung pemanas.
(4) Port gas standar pada probe oksigen biasanya tertutup, dan hanya digunakan saat gas dikalibrasi; Port udara tiup dihubungkan dengan pompa udara atau pipa udara bertekanan, saluran masuk udara pada port udara tiup umumnya dikendalikan oleh katup seperti katup elektromagnetik, katup dibuka sekali dalam periode tertentu, gas dimasukkan ke dalam tabung pengambilan sampel udara tiup, katup ditutup ketika probe mendeteksi secara normal, dan tidak ada gas lain yang dapat masuk ke tabung pengambilan sampel. Probe pemindaian udara bertekanan dari pabrikan harus memastikan bahwa udara bertekanan tidak mengandung air, yaitu, udara bertekanan yang digunakan harus dipisahkan dari air.
Penggunaan dan perawatan sensor oksigen
1.kontrol pemanas sambungan
Sensor oksigen tipe deteksi sampel hanya dapat bekerja normal setelah sensor oksigen terhubung dengan kontrol pemanas, dan output dalam keadaan dingin adalah sinyal acak, yang tidak mewakili arti apa pun. Setelah sensor oksigen terhubung dengan kontrol pemanas, deteksi gas normal dapat dimulai pada suhu ruangan. Pengaturan nol sensor umumnya dilakukan pada suhu ruangan. Setelah sensor dipanaskan, melalui pengukuran udara, multimeter digital digunakan untuk mengukur nilai milivolt output sensor pada saat ini. Nilai ini adalah nilai deviasi posisi nol sensor. Deviasi posisi nol perlu ditambahkan pada instrumen tampilan untuk mengoreksi konsentrasi oksigen yang ditampilkan oleh instrumen.
2. Pertimbangan saat memasang atau mengganti sensor oksigen
Saat memasang atau mengganti sensor oksigen, nilai tampilan konsentrasi oksigen pada alat analisis oksigen harus dikoreksi. Tanpa pekerjaan ini, konsentrasi oksigen yang terdeteksi oleh alat analisis oksigen dapat menyimpang dari konsentrasi sebenarnya setelah penggantian sensor baru, sehingga memengaruhi pengukuran.
3. Prinsip dan metode koreksi konsentrasi oksigen.
Output dari sensor oksigen adalah konsentrasi gas yang diukur dan nilai potensial perbedaan udara standar, yang kita sebut potensial oksigen. Nilai potensial ini pada titik nol (yaitu, pengukuran udara), penyimpangan potensial output awal probe yang berbeda, dan potensial output melalui konversi model konsentrasi oksigen output mungkin salah, sehingga kalibrasi sinyal probe dalam penganalisis oksigen sangat diperlukan. Jika tidak, konsentrasi oksigen dan konsentrasi gas yang diukur sebenarnya akan memiliki penyimpangan yang besar, sehingga tidak dapat memenuhi kebutuhan produksi di lapangan, bahkan dapat menyesatkan dan memengaruhi produksi.
Koreksi spesifik biasanya dilakukan dengan gas standar. Metodenya adalah gas standar yang telah dikonfirmasi oleh alat ukur dimasukkan ke dalam probe melalui port gas standar, kemudian potensi oksigen keluaran dan konsentrasi oksigen yang ditampilkan instrumen diukur. Konsentrasi oksigen yang ditampilkan instrumen harus sama dengan konsentrasi gas standar. Jika terdapat penyimpangan, parameter linear instrumen dikoreksi. Alat ukur standar memerlukan setidaknya tiga sistem kalibrasi gas standar dengan konsentrasi berbeda, sehingga linearitas sistem dikoreksi berulang kali melalui tiga kali kalibrasi, dan pengoperasian normal sistem dipastikan.
4. Pengaruh penumpukan debu pada sensor oksigen dan metode pembersihan dan pengurasan.
Karena sensor oksigen merupakan perangkat deteksi dan pengukuran online jangka panjang, debu yang dihasilkan oleh boiler dan peralatan lainnya (terutama tungku pembakaran batubara atau tungku pembakaran bubuk, dll.) akan menghalangi pipa pengambilan sampel pengarah gas, sehingga menyebabkan distorsi numerik pada pengukuran, bahkan tidak dapat mengukur sama sekali. Pada saat ini, perlu dilakukan pemindaian debu secara berkala di pipa pengambilan sampel, dengan menentukan panjang dan durasi pemindaian untuk mengetahui tingkat pengendapan abu. Metode pemindaian ini membutuhkan penganalisis oksigen yang memiliki fungsi yang sesuai atau perangkat perawatan sensor oksigen yang cocok. Jika tidak ada perangkat tersebut, hanya dapat dipasang katup manual untuk mengontrol udara terkompresi atau pompa udara untuk secara berkala masuk ke port peniupan guna membersihkan debu dari probe. Namun, pada saat ini perlu diperhatikan situasi berikut:
(1) Karena potensi oksigen sensor oksigen akan menurun dalam proses pembersihan, hingga mencapai nilai terendah 1, 2 mV, maka potensi oksigen yang terdeteksi saat ini tidak mewakili atmosfer di dalam tungku, hal ini perlu diperhatikan.
(2) Laju aliran udara penyapu harus memastikan bahwa jelaga dapat dihilangkan, nilai keluaran potensial oksigen dari sensor oksigen dapat diamati selama proses penyapuan. Jika nilai potensial oksigen belum berkurang, hal itu menunjukkan bahwa laju aliran udara terlalu kecil, debu belum dibersihkan, dan saluran penyapu harus disesuaikan atau diperiksa.
(3) Saluran lubang tiup terhubung langsung dengan tungku, dan setelah proses tiup selesai, katup harus ditutup, lubang tiup harus diblokir, dan udara bertekanan negatif di dalam tungku harus dicegah masuk, yang akan memengaruhi deteksi sensor oksigen.
Sensor oksigen harus dianggap sebagai komponen deteksi terpisah saat menganalisis kualitas sensor. Saat mendeteksi potensi oksigen sensor oksigen, semua kabel yang terhubung dengan sensor oksigen harus dilepas, dan potensi oksigen dideteksi langsung di ujung keluaran sensor oksigen menggunakan meter digital dengan resistansi internal tinggi. Dengan mendeteksi potensi oksigen, nilainya dibandingkan dengan nilai penggunaan normal.
Operasi sebenarnya
Sejak tahun 2003, tungku peretakan di pabrik kami telah menggunakan penganalisis zirkonia langsung suhu tinggi ZGP2+ZDT, yang terutama digunakan untuk pengukuran kandungan oksigen dalam gas buang, berpartisipasi dalam pengendalian pembakaran tungku peretakan, dan operasinya stabil dan andal. Pada Mei 2005, ditemukan bahwa penyimpangan nilai yang ditunjukkan relatif besar, semuanya merupakan penyimpangan positif, ditentukan bahwa jalur gas mengalami kebocoran, gas titik nol terhubung ke jalur gas standar, dan ditemukan kebocoran pada flowmeter rotor. Karena tekanan negatif dalam sistem pengukuran, udara luar masuk, karena fraksi volume oksigen di udara tinggi, nilai yang diukur tinggi, dan pemrosesan normal. Beberapa poin yang perlu diperhatikan dalam praktik dirangkum:
⑴Tabung zirkonium harus berfungsi normal pada suhu 750°C, sehingga instrumen harus menjaga suhu tetap konstan.
⑵Tidak ada kebocoran pada pipa gas
⑶Jaga agar tekanan injektor tetap stabil pada 0,15 MPa
⑷ Sumber gas ejektor harus ditutup saat gas standar diperiksa dan dibuka selama pengukuran.
⑸Keberadaan H2, CO, CH4 dan gas mudah terbakar lainnya dalam gas yang diukur akan menurunkan hasil pengukuran.
Kesimpulan
Instrumen pengukur oksigen zirkonia memiliki keunggulan berupa struktur sederhana, waktu respons singkat, rentang pengukuran luas, suhu penggunaan tinggi, pengoperasian yang andal, pemasangan yang mudah, perawatan minimal, dan lain sebagainya.
Oleh karena itu, bahan ini telah banyak digunakan dalam bidang metalurgi, industri kimia, tenaga listrik, keramik, otomotif, perlindungan lingkungan, dan departemen industri lainnya.
