Zirkonya oksijen analiz cihazının çalışma prensibi ve bakımı

Zirkonya oksijen probunun yapı tipi ve çalışma prensibi

Farklı algılama yöntemlerine göre zirkonya oksijen probları iki kategoriye ayrılır: numune alma yöntemiyle oksijen algılama probu ve doğrudan yerleştirme yöntemiyle oksijen algılama probu.

1. Örnekleme algılama tipi oksijen probu

Örnekleme algılama modu, ölçülen gazın bir kılavuz boru vasıtasıyla zirkonyum oksit algılama odasına yönlendirilmesi ve zirkonyum oksidin bir ısıtma elemanı vasıtasıyla çalışma sıcaklığına (750°C'nin üzerinde) ısıtılmasıdır. Zirkonyum oksit genellikle boru şeklinde olup, elektrot olarak gözenekli platin elektrot kullanılır. Buluşun avantajları arasında, algılanan gazın sıcaklığından etkilenmemesi, farklı akış kılavuz boruları kullanılarak çeşitli sıcaklıktaki gazlardaki oksijen içeriğinin algılanabilmesi ve birçok endüstriyel çevrimiçi algılama uygulamasına esneklik sağlaması yer almaktadır. Dezavantajları ise yavaş reaksiyon süresidir. Yapısı karmaşıktır ve algılama doğruluğunu kolayca etkileyebilir. Algılanan gazda daha fazla safsızlık olduğunda örnekleme tüpü kolayca tıkanabilir. Gözenekli platin elektrot, gazdaki kükürt ve arsenik korozyonuna ve ince toz tıkanmasına karşı hassastır. Isıtıcı genellikle elektrik teli ile ısıtılır ve ömrü uzun değildir.

Tespit edilen gazın sıcaklığı düşük olduğunda (0-650°C) veya tespit edilen gaz temiz olduğunda, azot üreten bir cihazla oksijen ölçümü ve laboratuvarda oksijen ölçümü gibi numune alma tipi tespit yöntemi uygundur.

2. Doğrudan yerleştirme yöntemiyle oksijen algılama probu

Doğrudan yerleştirme tipi algılama yönteminde, zirkonyum oksit doğrudan yüksek sıcaklıktaki ölçülen gaza yerleştirilerek gazdaki oksijen içeriği doğrudan algılanır. Bu algılama yöntemi, 700°C~1150°C arasındaki gaz sıcaklıkları için uygundur (özel yapı 1400°C'ye kadar yüksek sıcaklıklar için de kullanılabilir). Ölçülen gazın yüksek sıcaklığı, ısıtıcı kullanılmadan zirkonyum oksitin çalışma sıcaklığına ulaşmasını sağlar (Şekil 3). Doğrudan yerleştirmeli oksijen probunun temel teknolojisi, seramik malzemenin yüksek sıcaklık sızdırmazlığı ve elektrot problemidir. İki tür doğrudan yerleştirmeli oksijen probunun yapısı aşağıda listelenmiştir.

(1) Bütünleşik zirkonya tüpü

Bu yapı, numune alma ve algılama yönteminde kullanılan zirkonyum oksit tüpünün şeklinden geliştirilmiştir; yani, orijinal zirkonyum oksit tüpü uzatılarak zirkonyum oksit doğrudan yüksek sıcaklıkta ölçülen gazın içine uzatılabilir. Bu yapıda yüksek sıcaklık sızdırmazlık sorunu dikkate alınmasına gerek yoktur.

(2) Düz yerleştirme tipi zirkonya oksijen probu

Zirkonyum oksitin doğrudan gaz algılama bölgesine yerleştirilmesi gerektiğinden, oksijen probunun uzunluğu daha yüksek bir gereksinime sahiptir; etkili uzunluğu yaklaşık 500 mm~1000 mm'dir ve özel ortam uzunluğu 1500 mm'ye ulaşabilir. Test hassasiyeti, çalışma kararlılığı ve hizmet ömrü çok yüksek gereksinimlerdir, bu nedenle doğrudan yerleştirilen oksijen probunda geleneksel zirkonyum oksit oksijen probunun tamamen zirkonyum oksit boru yapısı kullanılması zordur ve daha yüksek teknik gereksinimlere sahip zirkonyum oksit ile alümina boru arasındaki bağlantı yapısı daha çok tercih edilir. Sızdırmazlık performansı, bu zirkonyum oksit oksijen probunun en önemli teknolojilerinden biridir. Şu anda, dünyadaki en gelişmiş bağlantı yöntemi, zirkonyum oksit ve alümina borunun kalıcı olarak birbirine kaynaklanmasıdır; sızdırmazlık performansı mükemmeldir. Numune alma yöntemiyle karşılaştırıldığında, doğrudan yerleştirme yönteminin belirgin avantajları vardır: Zirkonyum oksit doğrudan gazla temas eder ve yüksek algılama hassasiyeti, hızlı reaksiyon hızı ve düşük bakım miktarı avantajlarına sahiptir.

Oksijen probunun endüstriyel uygulaması

1. Endüstriyel Kazan ve Isıtma Fırınlarının Uygulamaları

Oksijen probu kullanıldığında, ölçülecek gazın verilmesi için iki yöntem vardır: doğrudan yerleştirme ve örnekleme ile algılama. Doğrudan yerleştirme yönteminde tepki süresi kısadır, ısıtıcıya gerek yoktur, yapısı basittir, boyutu küçüktür ve taşınabilirdir, ancak ölçülecek gazın sıcaklığının da eş zamanlı olarak algılanması gerekir. Oksijen probunun sıcaklığı ısıtıcı ile kontrol edildiğinden, ölçüm hassasiyeti yüksektir ve çalışma güvenilirdir, ancak tepki süresi gazın akış hızına bağlıdır.

Doğrudan yerleştirilen Oksijen Analiz Cihazı, kazanların ve yeniden ısıtma fırınlarının baca gazındaki oksijen içeriğinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 4). Bu amaçla kullanılan oksijen probu esas olarak boru şeklinde bir yapıya sahiptir ve boru her iki ucundan veya bir ucundan açık olabilir; ikincisi şu anda piyasada en yaygın olanıdır. ZrO2 borusunun iç ve dış duvarlarına gözenekli Pt elektrotlar kaplanmıştır ve iç ve dış elektrotlar sırasıyla borunun ucuna kadar uzanır ve borunun ucuna sinyal çıkışı olarak Ni Cr teller bağlanır, böylece yanma sistemi düşük oksijenli yanmayı gerçekleştirerek ısı kaybını azaltma ve enerji tasarrufu amaçlarına ulaşılır.

Oksijen sensörünün montajı

Oksijen sensörünün güvenilir çalışmasını sağlamanın anahtarı, doğru kurulumdur. Birçok kullanım sorunu, oksijen sensörünün yanlış kurulumundan kaynaklanmaktadır.

1. Örnekleme ölçüm noktası

Ölçüm noktasının belirlenmesi, aşağıdaki prensiplere uyulması gereken temel iştir:

(1) Seçilen ölçüm noktası, fırındaki algılanan gazın doğru şekilde yansıtılmasını gerektirir; böylece oksijen sensörünün çıkış sinyalinin doğruluğu sağlanır ve geri dönüş havasının ölü açısı mümkün olduğunca önlenir;

(2) Ölçüm noktası yanma noktasına veya nozüle çok yakın olmamalıdır, çünkü bu kısımlardaki gaz yoğun reaksiyon halindedir ve bu da oksijen sensörünün algılama değerinin dalgalanmasına ve keskin bir şekilde bozulmasına neden olur; Motorun titreşiminden sensöre zarar vermemek için fan gibi hava üreten ekipmanlara çok yakın olmamalıdır;

(3) Buluş, çarpışma sonucu probun hasar görmesini önlemek ve sensörün güvenliğini sağlamak amacıyla olası çarpışma konumuna yerleştirilmekten kaçınabilir.

2. Oksijen sensörünün montaj ve bağlantı şekli

(1) Oksijen probunun montajı yatay veya dikey modda yapılabilir; dikey montaj idealdir. Hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, prob örnekleme tüpünün kılavuz plakasının yönü, ölçülen hava akışının yönüne mümkün olduğunca yakın olmalıdır ve ilk montajda, temel yön, süreç bilinerek belirlenir. Sistem çalıştırılıp prob ısıtıldıktan sonra, örnekleme tüpünün yönü döndürülür ve çıkış oksijen potansiyelindeki dalgalanma dijital multimetre ile gözlemlenerek, daha iyi yönlendirme yönü belirlenir.

(2) Oksijen sensörünün montajında ​​kullanılan bağlantı özel bir flanş bağlantısıdır ve sızdırmazlığı sağlamak için asbest ped preslenerek yerleştirilir; aksi takdirde, yaygın fırın negatif basınçlı olduğundan, flanş bağlantısındaki sızıntı ölçüm doğruluğunu etkileyebilir veya sinyal dalgalanmasına neden olabilir.

(3) Oksijen sensörünün sinyal çıkış hattı, paraziti ortadan kaldırmak için tercihen korumalı bir hat olmalıdır. En iyi yöntem, iki adet iki damarlı kablo kullanmaktır; bunlardan biri oksijen potansiyelini çıkışlamak için iki damarlı korumalı kablo, diğeri ise probun bağlantı ucunu ısıtmak için iki damarlı KVV kontrol kablosudur. Saha koşulları mevcut değilse, prob oksijen potansiyeli sinyalini ve ısıtma ucunu doğrudan bağlamak için 4 damarlı bir KVV kablosu kullanılabilir.

(4) Oksijen probunun standart gaz portu normalde kapalıdır ve yalnızca gaz kalibrasyonu yapıldığında kullanılır; Üflemeli hava portu bir hava pompasına veya basınçlı hava boru hattına bağlanır, üflemeli hava portunun hava girişi genellikle elektromanyetik valf gibi bir valf tarafından kontrol edilir, valf belirli bir süre içinde bir kez açılır, gaz bir gaz üflemeli örnekleme tüpüne verilir, prob normal şekilde algıladığında valf kapatılır ve örnekleme tüpüne başka hiçbir gaz giremez. Üreticinin basınçlı hava tarama probunda, basınçlı havanın su içermediğinden emin olunmalıdır, yani kullanılan basınçlı hava sudan arındırılmış olmalıdır.

Oksijen sensörlerinin kullanımı ve bakımı

1. Bağlantı ısıtma kontrolü

Örnekleme algılama tipindeki oksijen probu, oksijen sensörü ısıtma kontrolüne bağlandıktan sonra normal şekilde çalışabilir ve soğuk durumdaki çıkış rastgele bir sinyaldir, herhangi bir anlam ifade etmez. Oksijen sensörü ısıtma kontrolüne bağlandıktan sonra, oda sıcaklığında normal gaz algılama başlatılabilir. Genel olarak probun sıfır ayarı oda sıcaklığındadır. Prob ısıtıldıktan sonra, hava ölçümü yoluyla, bu sırada probun çıkış milivolt değerini ölçmek için dijital multimetre kullanılır; bu değer, probun sıfır konum sapmasının değeridir. Sıfır konum sapması, cihaz tarafından görüntülenen oksijen konsantrasyonunu düzeltmek için görüntüleme cihazına eklenmelidir.

2. Oksijen sensörünün takılması veya değiştirilmesi sırasında dikkate alınması gerekenler

Oksijen sensörü takılırken veya değiştirilirken, oksijen analiz cihazının oksijen konsantrasyonu gösterge değeri düzeltilmelidir. Bu işlem yapılmazsa, yeni sensör takıldıktan sonra oksijen analiz cihazı tarafından algılanan oksijen konsantrasyonu gerçek konsantrasyondan sapabilir ve bu da ölçümü etkileyebilir.

3. Oksijen konsantrasyonunun düzeltme prensibi ve yöntemi.

Oksijen sensörünün çıkışı, ölçülen gazın konsantrasyonu ile standart hava arasındaki potansiyel fark değeridir; buna oksijen potansiyeli diyoruz. Bu potansiyel değeri sıfır noktasında (yani hava ölçümünde) bulunur. Farklı probların ilk çıkış potansiyelinde sapmalar olabilir ve çıkış potansiyelinin model dönüşümü yoluyla elde edilen oksijen konsantrasyonunda hatalar olabilir. Bu nedenle, oksijen analiz cihazında prob sinyalinin kalibrasyonu çok önemlidir; aksi takdirde, oksijen konsantrasyonu ile gerçek ölçülen gaz konsantrasyonu arasında büyük bir sapma olur ve bu da sahada üretim ihtiyaçlarını karşılayamaz, hatta üretim kontrolünü yanıltabilir.

Özgül düzeltme genellikle standart gaz kullanılarak yapılır; yöntem, ölçüm cihazı tarafından onaylanan standart gazın standart gaz portundan proba verilmesi, bu sırada çıkış oksijen potansiyelinin ve cihaz ekranındaki oksijen konsantrasyonunun ölçülmesidir. Cihaz ekranındaki oksijen konsantrasyonu, standart gaz konsantrasyonu ile aynı olmalıdır; herhangi bir sapma varsa, cihazın doğrusal parametresi düzeltilir. Standart ölçüm cihazı, en az üç farklı konsantrasyonda standart gaz kalibrasyon sistemi gerektirir, böylece sistemin doğrusallığı üç kez kalibrasyon yoluyla tekrar tekrar düzeltilir ve sistemin normal çalışması sağlanır.

4. Toz birikiminin oksijen sensörü üzerindeki etkisi ve temizleme yöntemi

Oksijen sensörü uzun süreli çevrimiçi algılama ve ölçüm cihazı olduğundan, kazan ve diğer ekipmanlardan (özellikle kömür yakma fırını veya toz yakma fırını vb.) kaynaklanan toz, gaz yönlendirme örnekleme boru hattını tıkayarak ölçümde sayısal bozulmaya, hatta ölçüm yapılamamasına neden olur. Bu durumda, örnekleme borusundaki tozun düzenli olarak taranması gerekir; tarama süresi ve uzunluğu, kül birikim derecesini belirler. Bu tür bir tarama yöntemi, oksijen analiz cihazının ilgili fonksiyona veya eşleşen oksijen sensörü bakım cihazına sahip olmasını gerektirir; bu cihazlar yoksa, basınçlı havayı kontrol etmek için manuel vanalar veya hava pompası takılarak düzenli olarak üfleme portuna hava verilerek probun tozunun temizlenmesi gerekir. Ancak bu durumda aşağıdaki durumlara dikkat edilmelidir:

(1) Oksijen sensörünün oksijen potansiyeli temizleme işlemi sırasında azalacağından, mümkün olan en düşük değer 1, 2 mV'ye kadar düşebilir; bu durumda algılanan oksijen potansiyeli fırın içindeki atmosferi temsil etmez, bu nokta mutlaka dikkate alınmalıdır.

(2) Süpürme havasının akış hızı, kurumun uzaklaştırılmasını sağlayacak şekilde olmalıdır; süpürme işlemi sırasında oksijen sensörünün oksijen potansiyeli çıkış değeri gözlemlenebilir. Oksijen potansiyeli değeri azalmamışsa, hava akış hızının çok düşük olduğu, tozun temizlenmediği ve süpürme boru hattının ayarlanması veya kontrol edilmesi gerektiği anlamına gelir.

(3) Üfleme açıklığının kanalı doğrudan fırınla ​​bağlantılıdır ve üfleme işlemi bittikten sonra vana kapatılmalı, üfleme deliği tıkanmalı ve fırındaki negatif basınçlı havanın içeri girmesi engellenmelidir; aksi takdirde oksijen sensörünün algılaması etkilenecektir.

Oksijen sensörü, sensörün kalitesini analiz ederken ayrı bir algılama bileşeni olarak değerlendirilmelidir. Oksijen sensörünün oksijen potansiyelini ölçerken, oksijen sensörüne bağlı tüm kablolar sökülmeli ve oksijen potansiyeli, yüksek iç dirençli bir dijital metre ile doğrudan oksijen sensörünün çıkış ucunda ölçülmelidir. Oksijen potansiyeli ölçümü sonucunda elde edilen değerler, normal kullanım değerleriyle karşılaştırılır.

Gerçek operasyon

2003 yılından beri, tesisimizin kraking fırınında, esas olarak baca gazındaki oksijen içeriğinin ölçümü için kullanılan ve kraking fırınının yanma kontrolüne katılan ZGP2+ZDT yüksek sıcaklık doğrudan girişli zirkonya analiz cihazı kullanılmaktadır ve çalışma istikrarlı ve güvenilirdir. Mayıs 2005'te, gösterilen değerin sapmasının nispeten büyük olduğu, tümünün pozitif sapma olduğu tespit edildi. Gaz yolunda sızıntı olduğu, sıfır noktası gazının standart gaz yolundan geçtiği ve rotor akış ölçerinde sızıntı olduğu belirlendi. Ölçüm sistemindeki negatif basınç nedeniyle dışarıdan hava giriyor ve havadaki oksijen hacim oranı yüksek olduğundan ölçülen değer yüksek çıkıyor, ancak işlem normal şekilde devam ediyor. Uygulamada dikkat edilmesi gereken birkaç nokta özetlenmiştir:

⑴Zirkonyum tüpün 750°C'de normal şekilde çalışması gerektiğinden, cihazın sabit sıcaklıkta tutulması gerekir.

⑵Gaz boru hatlarında sızıntı yok

⑶Enjektör basıncını 0,15 MPa'da sabit tutun.

⑷ Standart gaz kontrolü yapılırken ejektör gaz kaynağı kapatılmalı, ölçüm sırasında ise açılmalıdır.

⑸Ölçüm gazında H2, CO, CH4 ve diğer yanıcı gazların bulunması, ölçüm sonucunun daha düşük olmasına neden olacaktır.

Çözüm

Zirkonya oksijen ölçüm cihazı, basit yapı, kısa tepki süresi, geniş ölçüm aralığı, yüksek çalışma sıcaklığı, güvenilir çalışma, kolay kurulum, düşük bakım gereksinimi gibi avantajlara sahiptir.

Bu nedenle metalurji, kimya sanayi, elektrik enerjisi, seramik, otomotiv, çevre koruma ve diğer sanayi dallarında yaygın olarak kullanılmaktadır.