一种氧化锆分析仪校验系统的制作方法

本实用新型属于仪器仪表校验设备技术领域，具体涉及到一种氧化锆分析仪校验系统。

背景技术：

锅炉燃烧系统中，烟气中的氧体积分数是发电厂、石化生产装置生产过程严格控制的操作参数。锅炉烟气氧体积分数主要用于锅炉炉膛风量的流量控制，以此判断燃烧是否充分。炉膛供风量不足，致使燃料燃烧不充分，烟气中含有大量的一氧化碳和碳，被烟气从烟道中带走，造成环境污染。炉膛供风量过大，燃料燃烧充分，空气中的过量氧、氮与燃料中的硫生成二氧化硫、氮化物等有害物质，同时带走大量的热能，不仅造成环境污染，而且浪费热能。为了提高热能利用效率，必须对锅炉烟道中气体的氧体积分数进行监测。氧化锆分析仪可以完成烟气中氧体积的测量。

氧化锆分析仪的具体结构如图1所示，包括氧化锆氧探头(检测器)和转换器(二次表)两部分，氧化锆氧探头包括检测室和接线室，检测室内固定有氧化锆型氧传感器，检测室侧壁上设置有参比气输送管，氧化锆型氧传感器的进出口端与检测室外部连通，氧化锆型氧传感器外围设置有加热器，氧化锆型氧传感器内侧设置有热电偶，加热器、热电偶和氧化锆型氧传感器的信号引线都延伸到转换器的接线室内并与固定在接线室外部的接线端子一一对应连接。转换器的接线室内设置有主电路板，接线室的外侧还设置有操作面板，主电路板由氧浓差电势信号放大器、热电偶电势信号放大器、测温单元、中央处理单元、显示及输出单元等组成。

氧化锆分析仪的工作原理是：氧化锆型氧传感器采用氧化锆固体电解质氧浓差电池原理进行氧体积分数的测量。在氧化锆固体电解质的两侧，用多孔铂层作为电极，再在电极上焊上铂丝作为引线，就构成了氧浓差电池，如图2所示。电池左侧通入参比气体，电池右侧通入被测气体，在600℃以上高温时，氧化锆型氧传感器变成了良好的氧离子导体，当电解质两侧氧体积分数不同时，高浓度侧的氧气会向低浓度侧扩散。在铂电极的催化作用下，氧离子从浓度高的一侧迁移到浓度低的一侧。这样在两个电极间便产生了一定的电势，即氧浓差电势。氧浓差电势的大小与氧化锆固体电解质两侧的氧分压和工作温度成函数关系，用能斯特方程表示：

式中，--浓差电池电势，单位mV；R--想气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T--力学温度，单位为K，T＝t+273.15；n--加反应的电子数，对氧而言，n＝4；F--拉第常数；

--比气体氧分压；--测气体氧分压。

如果被测气体的总压力与参比气体的总压力相同，则式(1)可改写为如下所示的式(2)：

式中，--参比气体中氧的体积分数，该值为定值；

--被测气体中氧的体积分数。

式(1)和式(2)中，R、n和F均为常数，利用换底公式把自然对数换为以10为底的对数后，氧化锆氧探头输出的氧浓差电池的电势为：

由此得出结论：只要测出氧浓差电池的即可得出被测气体中的

氧化锆分析仪在使用一段时间后就会产生偏差，所以要重新校准。现在的校准办法就是把氧化锆氧探头放入到不同浓度的标定气体里，进行标定。这样做的缺点是每次要标定的时候都要到专门的标定部门去标定，无法在现场完成标定。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术的缺陷，设计了一种氧化锆分析仪校验系统，可以实现现场标定，而且各个浓度的标定气体都是通过专属的标定气输送管被输送到氧化锆型氧传感器内部，可以降低因为不同浓度的标定气体混合而产生的浓度差，可以提高标定的准确度，结构简单，操作方便。

本实用新型所采取的具体技术方案是：一种氧化锆分析仪校验系统，包括标定气体箱，氧化锆分析仪的氧化锆氧探头包括检测室和接线室，检测室内固定有氧化锆型氧传感器，氧化锆型氧传感器的进出口端与检测室外部连通，关键在于：所述的校验系统还包括架设在炉膛外侧并与驱动机构连接的竖向转轴、与竖向转轴固定连接的转盘、以及架设在转盘上端面的升降机构，转盘上沿圆周方向均匀设置有至少两个竖向的通孔，通孔内插装有具有弯折自由度的标定气输送管，标定气输送管与标定气体箱的数量相等且一一对应连接，标定气输送管的上端借助伸缩管与固定在转盘上的标定气体箱连通，标定气输送管与升降机构连接具有升降自由度，使标定气输送管的下端穿过固定在转盘下方的导向管延伸到氧化锆型氧传感器内部。

在标定气输送管内设置有上挡环和压力阀，标定气输送管下端固定有同轴设置的下挡环，下挡环的内径小于标定气输送管的内径，压力阀位于上挡环与下挡环之间并与标定气输送管形成滑动配合。

转盘上的通孔直径和导向管的直径都大于标定气输送管的直径，下挡环的外径等于标定气输送管的外径，在标定气输送管与下挡环的连接处外围固定有弹性密封圈，弹性密封圈的下端面为楔形面，弹性密封圈与导向管之间形成密封结构。

在转盘上端面固定有支架，升降机构的上端与支架固定连接，升降机构的下端与标定气输送管固定连接。

所述的导向管包括与氧化锆型氧传感器同轴设置的水平部、以及向水平部上方弯折延伸的弧形部，弧形部的开口朝向氧化锆型氧传感器方向。

在标定气输送管的上端连接有定位管，定位管与升降机构连接，定位管借助伸缩管与固定在转盘上的标定气体箱连通。

在氧化锆型氧传感器内部固定有同轴设置的密封板，密封板与氧化锆型氧传感器之间的密闭腔为标定气体容纳腔，导向管穿过密封板与标定气体容纳腔连通，密封板上设置有单向阀。

本实用新型的有益效果是：在氧化锆氧探头处增设一套本实用新型的校验系统，通过标定气输送管将标定气体输送到氧化锆型氧传感器内部，通过转动转盘，更换浓度不同的标定气体，可以实现现场标定，而且各个浓度的标定气体都是通过专属的标定气输送管被输送到氧化锆型氧传感器内部，导向管内不会有残留的标定气体，与所有的标定气体共用一个输送管相比，本实用新型的这种输送结构可以降低因为不同浓度的标定气体混合而产生的浓度差，可以提高标定的准确度，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为现有氧化锆氧探头的结构示意图。

图2为氧浓差电池的原理图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为本实用新型中升降机构与转盘之间的另一种结构示意图。

附图中，1代表竖向转轴，2代表转盘，3代表升降机构，4代表标定气输送管，5代表导向管，6代表下挡环，7代表弹性密封圈，8代表定位管，9代表检测室，10代表接线室，11代表氧化锆型氧传感器，12代表支架，13代表加热器，14代表热电偶，15代表参比气输送管，16代表接线端子，17代表压力阀，18代表密封板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明：

具体实施例，如图3和图4所示，一种氧化锆分析仪校验系统，包括标定气体箱，氧化锆分析仪的氧化锆氧探头包括检测室9和接线室10，检测室9内固定有氧化锆型氧传感器11，氧化锆型氧传感器11的进出口端与检测室9外部连通，所述的校验系统还包括架设在炉膛外侧并与驱动机构连接的竖向转轴1、与竖向转轴1固定连接的转盘2、以及架设在转盘2上端面的升降机构3，转盘2上沿圆周方向均匀设置有至少两个竖向的通孔，通孔内插装有具有弯折自由度的标定气输送管4，标定气输送管4与标定气体箱的数量相等且一一对应连接，标定气输送管4的上端借助伸缩管与固定在转盘2上的标定气体箱连通，标定气输送管4与升降机构3连接具有升降自由度，使标定气输送管4的下端穿过固定在转盘2下方的导向管5延伸到氧化锆型氧传感器11内部。

升降机构3的安装方式有两种，一种是如图3所示，升降机构3的固定端直接固定在转盘2上，标定时，升降机构3收缩使活动端下降，向下推动标定气输送管4，标定气输送管4的下端穿过导向管5延伸到氧化锆型氧传感器11内部，标定完成后，升降机构3伸长使活动端上升，将标定气输送管4从导向管5内抽出即可。另一种是如图4所示，在转盘2上端面固定有支架12，升降机构3的上端与支架12固定连接，升降机构3的下端与标定气输送管4固定连接，即升降机构3的固定端位于上方并与支架12固定连接，标定时，升降机构3伸长使活动端下降，向下推动标定气输送管4，标定气输送管4的下端穿过导向管5延伸到氧化锆型氧传感器11内部，标定完成后，升降机构3收缩使活动端上升，将标定气输送管4从导向管5内抽出即可，即需要标定时，升降机构2伸长处于工作状态，不需要标定时，升降机构3收缩处于非工作状态，所以这种连接方式与第一种连接方式相比更加节省能源。

导向管5包括与氧化锆型氧传感器11同轴设置的水平部、以及向水平部上方弯折延伸的弧形部，弧形部的开口朝向氧化锆型氧传感器11方向。这种结构的导向管5便于标定气输送管4的插入和抽出。

作为对本实用新型的进一步改进，在标定气输送管4的上端连接有定位管8，定位管8与升降机构3连接，定位管8借助伸缩管与固定在转盘2上的标定气体箱连通。升降机构3与定位管8之间为刚性连接，升降过程中更加简单方便。

作为对本实用新型的进一步改进，在氧化锆型氧传感器11内部固定有同轴设置的密封板18，密封板18与氧化锆型氧传感器11之间的密闭腔为标定气体容纳腔，导向管5穿过密封板18与标定气体容纳腔连通，密封板18上设置有单向阀。标定气输送管4穿过导向管5后可以将标定气体输送到标定气体容纳腔内，密封板18和单向阀的设置可以防止外部空气进入到标定气体容纳腔内而影响标定结果，标定气体容纳腔内的气体则可以通过单向阀排出。

本实用新型在具体使用时，需要把氧化锆氧探头分别放入到浓度为20％、50％、80％的气体里面去进行标定，所以标定气体箱的数量为三个，分别对应其中一种浓度的标定气体，转盘2上通孔、标定气输送管4和升降机构3的数量也都是三个，导向管5的数量为一个并与检测室9固定连接，标定气输送管4优选为蛇皮管。初始时，与浓度为20％的标定气体箱连接的标定气输送管4位于导向管5上方。

需要标定时，升降机构3伸长使活动端下降，向下推动标定气输送管4，标定气输送管4的下端插入到导向管5内并穿过导向管5延伸到氧化锆型氧传感器11内部，活动端下降到指定高度时停止下降，然后打开标定气体箱出口处的阀门，标定气体箱内浓度为20％的标定气体依次通过伸缩管、定位管8、标定气输送管4后进入到氧化锆型氧传感器11内部，参比气体通过参比气输送管15进入到检测室9内，利用加热器13对氧化锆型氧传感器11进行加热，热电偶14实时监测氧化锆型氧传感器11处的温度，直至达到标定温度，加热器13停止加热。标定完成后，关闭标定气体箱出口处的阀门，升降机构3收缩使活动端上升，将标定气输送管4从导向管5内抽出即可。然后利用驱动机构带动竖向转轴1转动，竖向转轴1带动转盘2转动，使与浓度为50％的标定气体箱连接的标定气输送管4到达导向管5上方，然后将导向管5插入到氧化锆型氧传感器11内部进行标定，标定完成后从导向管5内抽出即可。然后利用驱动机构带动竖向转轴1转动，竖向转轴1带动转盘2转动，使与浓度为80％的标定气体箱连接的标定气输送管4到达导向管5上方，然后将导向管5插入到氧化锆型氧传感器11内部进行标定，标定完成后从导向管5内抽出即可。然后转动转盘2，使与浓度为20％的标定气体箱连接的标定气输送管4位于导向管5上方，转盘2回到初始位置。至此即完成了全部标定过程。

本实用新型将校验系统设置在氧化锆氧探头处，通过标定气输送管4将标定气体输送到氧化锆型氧传感器11内部，通过转动转盘2，更换浓度不同的标定气体，可以实现现场标定，而且各个浓度的标定气体都是通过专属的标定气输送管4被输送到氧化锆型氧传感器11内部，导向管5内不会有残留的标定气体，与所有的标定气体共用一个输送管相比，本实用新型的这种输送结构可以降低因为不同浓度的标定气体混合而产生的浓度差，可以提高标定的准确度。

由于不使用时，标定气输送管4的下端与外部连通，所以位于压力阀17下方的标定气输送管4内不可避免地会填充有空气，如果直接将标定气输送管4穿过导向管5向氧化锆型氧传感器11内部输送标定气体，空气的存在会影响标定气体的浓度，进而影响标定结果。所以本实施例与实施例1不同的是，在标定气输送管4内设置有上挡环和压力阀17，标定气输送管4下端固定有同轴设置的下挡环6，下挡环6的内径小于标定气输送管4的内径，压力阀17位于上挡环与下挡环6之间并与标定气输送管4形成滑动配合，如图3所示。使用时，先向标定气输送管4内输送标定气体，使压力阀17向下滑动，将标定气输送管4内部的空气排出，当压力阀17与下挡环6接触后，再将升降机构3伸长，向下推动标定气输送管4，使标定气输送管4的下端穿过导向管5到达氧化锆型氧传感器11内部，随着标定气体的输入，标定气输送管4内的压力增大，当达到设定压力时，压力阀17打开，标定气输送管4内的标定气体进入到氧化锆型氧传感器11内部。这种先排空再输送标定气体的方式，可以减小空气对标定气体浓度的影响，提高标定结果的准确性。为了使得操作更加简单，在下挡环6内部设置有单向阀门，使用一次过后可以防止外部空气进入到标定气输送管4内，再次标定时，直接将标定气输送管4穿过导向管5，然后向氧化锆型氧传感器11内输送标定气体即可，不需要再次进行排除空气的操作。为了便于维护，下挡环6与标定气输送管4之间为可拆卸式连接，如插接。

转盘2上的通孔直径和导向管5的直径都大于标定气输送管4的直径，下挡环6的外径等于标定气输送管4的外径，在标定气输送管4与下挡环6的连接处外围固定有弹性密封圈7，弹性密封圈7的下端面为楔形面，便于标定气输送管4在导向管5内向下移动，弹性密封圈7与导向管5之间形成密封结构。避免标定气输送管4直接与导向管5接触，弹性密封圈7与导向管5的接触面积较小，所以产生的摩擦力较小，标定气输送管4在导向管5内移动时受到的阻力也就较小。弹性密封圈7与导向管5之间可靠密封，可以避免标定气体进入到导向管5内，减少能源的浪费，节约成本。