CN1029871C - 氧化锆氧传感器的氮氧混合标准气的混配装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种检验氧化锆测氧传感器的测量误差和工作特性的装置。包括氮气稳压调节系统，空气过滤调节系统，引射配气系统和校验气体输出系统，标准氧化锆测氧传感器及微机监控和数据处理系统。可以测定氧化锆测氧传感器的静态特性、动态特性、不平衡电势、内阻和测量误差等参数，实现CRT显示，检验结果打印制表等功能。本发明的装置结构简单，使用方便，自动化操作。

Description

本发明涉及动态气体混配技术，电化学分析和计算机综合应用技术，特别是涉及传感器测试装置。

燃烧过程和许多化工过程中的氧行为与生产安全及优化操作有密切的关系。因此监测烟气或工艺气体的氧含量是极其重要的。目前普遍采用氧化锆测氧传感器测定气体中的氧含量。由于氧化锆敏感元件的制造工艺、原料纯度和配比等原因，氧化锆测氧传感器的工作特性离散性很大。使用过程中氧化锆敏感元件的老化和中毒现象也会使其特性发生变化而带来明显的测量误差，导致测量值可信度低。从而使相应工业装置的优化操作受到很大限制。提高氧化锆测氧传感器测量准确性，延长其使用寿命是人们长期以来的愿望。

以往测定和校正氧化锆测氧传感器精度的方法是，用氧化锆测氧传感器直接测量一系列已知含氧量的标准气样，获得传感器的工作特性，并与理论Nernst方程比较，确定传感器的测量误差。用瓶装标准样气监督传感器的响应特性和测量误差，需要8-10瓶标准样气，标准样气价格昂贵，使用的设备多，占地大，费用高（检验一支传感器的费用约为传感器价格的20%），检验的手续和数据处理也十分麻烦，用户难于实施。因此，目前正在使用中的大量氧化锆测氧传感器处于无监督状态，使氧测量在节能和安全生产中的作用不能充分发挥。

本发明涉及到气体动态混配技术，特别是引射式气体混配装置。DE    3227242    AI提出的气体混配装置，采用一个双输入口多输出口的分配装置。两个入口分别与两瓶被混合的气体相联，而出口总是与有隔热保护的细管组的某根细管相联。用电磁阀控制的分配装置，可使细管有选择地和某个气源相联。细管的另一端都联到气体混合室。该装置可以按要求改变某一气源所通过的细管根数，改变混合器内的两种气体的混合比，并用这种混合气去检验气体分析仪表。使用上述装置，要达到较高的配气精度，就必须要求各细管内径均一，保证气流阻力系数相同。而用于校验气体分析仪器所需气量很小（一般每分钟几百毫升），这使得细管的内径很小（＜1mm）或者细管很长，所以在使用中细管较易堵塞。特别是在使用过程中某些细管出现局部堵塞，使气流流通阻力变化，配气精度会明显下降，而且局部堵塞现象很难发现和排除。另外，由于制造该装置的技术难度大，必然导致其造价高昂。

本发明的目的在于提出一种气体混合系统，能稳定地产生高精度梯级含氧量的N₂-O₂混合标准气流，并用于氧化锆测氧传感器的检定。使得测氧传感器的校验变得廉价、容易和精确。

本发明的用于检验氧化锆氧传感器的氮氧混合标准气的混配装置，包括氮气稳压调节系统，空气过滤调节系统，引射配气系统和校验气体输出系统等。

图1是检验氧化锆氧传感器的氮氧混合标准气的混配装置原理图。

其中氮气稳压调节系统包括：氮气瓶（1），减压阀（2），压力微 调阀（3），电磁阀（4），压力表（5）。空气过滤调节系统包括：过滤器（7），电磁阀（8[A，B，C，D，E]），微调阀（9[A，B，C，D，E]），节流孔板（10[A，B，C，D，]），真空表（11）和缓冲联管（12）。引射配气系统包括：喷咀（6），引射器（13）和放空阀（14）。校验气体输出系统包括：气泵（15），取样阀（16），稳流阀（17），流量计（18，19），流量调节阀（20，21）并和标准氧化锆传感器（22）与被检氧化锆传感器（23）相联。

本发明主要包括氮气稳压调节系统，空气过滤调节系统，引射配气系统和校验气体输出系统。稳压的氮气流作为引射气体通过喷咀（6），形成负压抽吸并携带来自空气过滤系统的清洁空气。氮气和空气在引射器（13）内混合后通过校验气体输出系统传输至标准和被检氧化锆测氧传感器（22，23）。其中空气过滤调节系统包括5根分别装有电磁阀（8[A，B，C，D，E]），流量微调阀（9[A，B，C，D，E]）和不同孔径的节流孔板（10[A，B，C，D]）的一组管路。该组管路的两端分别与空气过滤器（7）及缓冲联管（12）联通，缓冲联管（12）的一端与引射器的负压室联通。

以下结合图一说明本发明的实施方案：纯氮气由氮气瓶（1）经过减压阀（2），压力微调阀（3），电磁阀（4）降压至稳定的0.04MPa，通过微调阀（4）和压力表（5）监示和控制喷咀（6）前的氮气压力恒定。在喷咀（6）喷出氮气的引射作用下，使缓冲联管（12）内形成负压使空气经过滤器（7），电磁阀（8[A，B，C，D，E]），流量微调阀（9[A，B，C，D，E]）和节流孔板（10[A，B，C，D]）进入缓冲联管（12）继而 进入引射器（13）。引射器顶端的放空阀（14）为常开状态，保持引射器内压力恒等于大气压，保证引射器工况稳定而不受校验气体输送系统参数变化的影响。节流孔板（10[A，B，C，D]）的孔径不同，形成各条气路具有不同的气阻。由微计算机顺序控制的电磁阀按不同的组合方式开关气路，使吸入的空气量变化，引起引射器（13）输出的气体的含氧量产生梯级变化。气泵（15）抽送校验气体经过稳流阀（17），流量计（18，19）及流量微调阀（20，21）分别进入标准测氧传感器（22）和被检测氧传感器（23）。由标准测氧传感器接线盒（24）引出的热电偶电势信号及传感器输出电势信号线（26）和微机相联，检测标准传感器的工作温度和校验气体的实际含氧量。微机根据标准传感器的热电偶信号对标准传感器实行工作温度控制的电流输出接到标准测氧传感器（22）的电加热器电源线（28），实现标准测氧传感器（22）的恒温控制。电磁阀控制线（30）接入微机实现电磁阀开关的顺序控制，按规定的时间对气路开关进行组态，保证引射器（13）定时输出梯级含氧量的校验气体。被检氧化锆传感器（23）的测量电势输出和热电偶电势输出线（27）也接入微机，由微机控制的电流输出接到被检传感器（23）的电加热器电源线（29）对被检测氧传感器进行恒温控制，微机根据测量的结果对被检测氧传感器（23）的工作特性，内阻，不平衡电势及测量误差等参数进行数据处理、显示和拷贝。引射器（13）的输出气量大于气泵（15）抽送的气量，多余的气体由放空阀（14）排出，这样保证引射器能始终稳定的工作，也能满足检验测氧传感器 （23）所需的气量。真空表（11）用于监视引射器的工作情况。校验气体输出系统输出的校验气体可通过取样阀（16）采样，对其含氧量进行校准和监控。也可以通过与被检测氧传感器（23）平行设置的标准氧化锆测氧传感器（22）进行对比，以检验被检测氧传感器（23）。校验气体含氧量精度取决于标定用的氧分析仪或标准氧化锆测氧传感器（22）的测量精度。

本发明由于采用压力调节阀（3）控制氮气的喷射压力，用真空表（11）监测空气缓冲联管（12）内的负压，用节流孔板（10[A，B，C，D]）和流量微调阀（9[A，B，C，D，E]）调节吸入缓冲联管（12）的空气量，用放空阀（14）确保引射器持续稳定的工况等措施，使得输出的校验气体含氧量在300ppm-15%[O₂]范围内可调，采用微机控制的电磁阀（8[A，B，C，D，E]）的不同开关组合，可产生16个梯级含氧量的校验气体。输出校验气体的含氧量可用标准氧化锆测氧传感器（22）监测，或通过取样阀（16）采出用高精度氧分析器监测。本系统采用微机对工作情况进行自动控制并对测量结果自动进行数据处理。由于上述措施的作用，克服了普通引射配气存在的混合比不稳定，混合比不能按要求大幅变化及配气精度低等问题，达到能方便，快速地检验测氧传感器的目的。本发明的系统，只要改换成别种气源气体，便可用于校验其他气体成分分析仪，具有一机多用的效果。

Claims (2)

1、一种用于检验氧化锆氧传感器的氮氧混合标准气的混配装置，包括氮气稳压调节系统，空气过滤调节系统，引射配气系统和校验气体输出系统，其特征在于氮气稳压系统包括氮气瓶(1)，减压阀(2)，压力微调阀(3)和电磁阀(4)；空气过滤调节系统包扩5根分别装有电磁阀(8[A，B，C，D，E])、流量微调阀(9[A，B，C，D，E])和不同孔径的节流孔板(10[A，B，C，D])组成的一组管路，该管路的两端分别与空气过滤器(7)及缓冲联管(12)联通，缓冲联管(12)的一端与引射器(13)的低压室联通；引射配气系统包括喷咀(6)，引射器(13)和放空阀(14)；校验气体输出系统包括与引射器(13)相联的气泵(15)，稳流阀(17)，并行设置的气体流量计(18，19)及一端与流量计联通，另一端与标准及被检测氧传感器(22，23)联通的流量微调阀(20，21)；压力稳定的氮气流作为引射气流由喷咀(6)喷出，携带来自空气过滤调节系统的空气，在引射器(13)内混合后通过校验气体输出系统，传输至平行设置的标准氧化锆测氧传感器(22)和被检测氧传感器(23)。

2、按照权利要求1的混配装置，其特征在于空气过滤调节系统和氮气稳压调节系统中的电磁阀（4）和（8[A，B，C，D，E]）的控制线（30）接入微计算机实行顺序控制，并按校验气体含氧量的要求进行电磁阀（8[A，B，C，D，E]）的开关组态。