Máy phân tích hàm lượng oxy và khí cháy hai thành phần Nernst N2032-O2/CO

Phạm vi ứng dụng

Nernst N2032-O₂/CO hàm lượng oxy và khí cháymáy phân tích hai thành phầnlà máy phân tích toàn diện có thể phát hiện đồng thời hàm lượng oxy, carbon monoxide và hiệu suất đốt cháy trong quá trình đốt cháy. Nó có thể theo dõi hàm lượng oxy và hàm lượng carbon monoxide trong khí thải trong hoặc sau khi đốt nồi hơi, lò nung và lò nung.

Máy phân tích kết hợp với Nernst O₂/Đầu dò CO có thể đo phần trăm hàm lượng oxy O₂% trong ống khói và lò đốt, giá trị PPM của carbon monoxide CO, giá trị của 12 loại khí dễ cháy và hiệu suất đốt của lò đốt trong thời gian thực.

Đặc điểm ứng dụng

Sau khi sử dụng Nernst N2032-O₂/CO hàm lượng oxy và khí cháymáy phân tích hai thành phần, người dùng có thể tiết kiệm rất nhiều năng lượng và kiểm soát lượng khí thải.

Nernst N2032-O₂/CO hàm lượng oxy và khí cháymáy phân tích hai thành phầnlà một công nghệ độc đáo sử dụng cấu trúc hai đầu zirconia được phát triển sau mười năm nghiên cứu và có thể đo đồng thời hàm lượng oxy và hàm lượng carbon monoxide. Nó hiện là một công nghệ đo lường nội tuyến thực sự. Chi phí thấp, độ chính xác cao, có thể được đo trực tuyến trong nhiều điều kiện độ ẩm cao và bụi cao khác nhau.

Trong quá trình đốt cháy peroxygen, khi khí nhiên liệu và oxy hỗ trợ quá trình đốt cháy đạt đến điểm cân bằng động nhất định, hàm lượng carbon monoxide cũng sẽ thay đổi khi lượng oxy thay đổi một chút. Xu hướng thay đổi hàm lượng oxy và sự thay đổi xu hướng của carbon monoxide tạo thành xu hướng chồng chất tương tự.

Nernst O₂/ Nguyên lý đo đầu dò CO

The Nernst O₂/Đầu dò CO có hai điện cực, có thể phát hiện đồng thời cả tín hiệu oxy và tín hiệu cháy. Bởi vì khí thải đốt cháy không hoàn toàn có chứa carbon monoxide (CO), chất dễ cháy và hydro (H₂).

Tế bào oxy của đầu dò zirconia hoặc cảm biến oxy sử dụng thế oxy được tạo ra bởi nồng độ oxy khác nhau ở bên trong và bên ngoài zirconia ở nhiệt độ cao (lớn hơn 650°C) để đo hàm lượng oxy của bộ phận được đo. Bên ngoài một phần của đầu dò được làm bằng vỏ thép không gỉ hoặc vỏ thép hợp kim, bao gồm lò sưởi bằng thép hợp kim, ống zirconia, cặp nhiệt điện, dây điện, bảng đầu cuối và hộp, xem sơ đồ. Ống zirconia của đầu dò được cách điện bằng khí từ bên trong và bên ngoài ống zirconia thông qua một thiết bị bịt kín tương ứng.

Khi nhiệt độ của đầu dò zirconia đạt tới 650°C hoặc cao hơn thông qua bộ gia nhiệt hoặc nhiệt độ bên ngoài, nồng độ oxy khác nhau ở mặt trong và mặt ngoài sẽ tạo ra lực điện động tương ứng trên bề mặt của zirconia. Có thể đo được điện thế bằng dây dẫn tương ứng và giá trị nhiệt độ của bộ phận có thể được đo bằng cặp nhiệt điện tương ứng.

Khi biết nồng độ oxy bên trong và bên ngoài ống zirconia, thế năng oxy tương ứng có thể được tính theo công thức tính toán thế năng zirconia.

Công thức như sau:

E (mV) =4F(RT)nhật kýe 

Trong đó E là thế oxy, R là hằng số khí, T là giá trị nhiệt độ tuyệt đối, PO₂INSIDE là giá trị áp suất của oxy bên trong ống zirconia và PO₂OUTSIDE là giá trị áp suất của oxy bên ngoài ống zirconia. Theo công thức, khi nồng độ oxy bên trong và bên ngoài ống zirconia khác nhau thì sẽ tạo ra thế năng oxy tương ứng. Từ công thức tính toán có thể biết rằng khi nồng độ oxy bên trong và bên ngoài ống zirconia là như nhau, thế năng oxy phải là 0 milivolt (mV).

Nếu áp suất khí quyển tiêu chuẩn là một atm và nồng độ oxy trong không khí là 21% thì công thức có thể được đơn giản hóa thành:

()

Khi đo thế oxy bằng dụng cụ đo và biết nồng độ oxy bên trong hoặc bên ngoài ống zirconia, hàm lượng oxy của phần đo có thể thu được theo công thức tương ứng.

Công thức tính như sau: (Lúc này nhiệt độ ở phần zirconia phải lớn hơn 650°C)

(%O₂) BÊN NGOÀI (ATM) = 0,21 EXPT(-46.421E)

Đường cong đặc trưng

Khi khí đo được có chứa O₂và CO cùng lúc, do nhiệt độ cao của cảm biến và tác dụng xúc tác của vùng điện cực bạch kim của cảm biến, O₂và CO sẽ phản ứng và đạt trạng thái cân bằng nhiệt động, PO₂ở phía được đo đã thay đổi sao cho áp suất riêng phần của oxy ở trạng thái cân bằng là P'O₂.

Điều này là do sau khi cảm biến được kích hoạt ở nhiệt độ cao, quá trình O₂và phản ứng CO có xu hướng cân bằng diễn ra song song với quá trình O₂khuếch tán tập trung. Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, sự khuếch tán của O₂nồng độ cũng có xu hướng ổn định, do đó áp suất riêng phần oxy đo được ở trạng thái cân bằng là P'O₂.

Các phản ứng sau xảy ra ở vùng âm của ZrO₂ắc quy:

1/2 O₂(PO₂)+CO→CO₂

Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng thì O₂thay đổi nồng độ, PO₂bị khử thành P'O₂, và sự chuyển đổi các phân tử khí oxy và O₂trong ma trận là:

Điện cực âm:Ô₂ → 1/2 O₂(P'O₂)+2e

Điện cực dương:1/2 O₂(PO₂)+2e → O₂

Quá trình chênh lệch nồng độ pin là:1/2 O₂ (PO₂) → 1/2 O₂(P'O₂)

Khi so sánh suất điện động của cảm biến với số mol khí oxi hóa khử, đường cong là một đường cong đặc trưng tương tự như đường cong chuẩn độ.

Với hình dạng của đường cong đặc tính này dưới nhiệt độ, áp suất và tốc độ dòng chảy nhất định, cùng một cảm biến có đường cong đặc tính giống hệt nhau đối với cùng một loại hệ thống khí.

Do đó, dưới áp suất khí quyển và lượng khí đo được trong dòng chảy tự nhiên, việc so sánh suất điện động và số mol của O₂-Hệ thống CO của cảm biến zirconia là λ (λ=no2 /nco hoặc phần trăm thể tích λ=O₂ Đường cong đặc tính × V %/OCO × V %.

Khi Pt-Al₂O₃xúc tác ở 600°C, CO trong hệ thống hiếu khí có thể được chuyển hóa hoàn toàn thành CO₂, do đó khí đo được chỉ chứa oxy sau khi đốt cháy có xúc tác.

Tại thời điểm này, cảm biến zirconia đo hàm lượng oxy chính xác. Do mối quan hệ của khí đo được dưới tác dụng của quá trình đốt cháy xúc tác, có thể đo được hàm lượng CO trong khí đo được. Mối quan hệ giữa công thức phản ứng và đại lượng trước và sau quá trình đốt cháy xúc tác của khí đo được như sau:

Giả sử nồng độ carbon monoxide trong khí đo được trước khi xúc tác là (CO), nồng độ oxy là A1 và nồng độ oxy trong khí đo được sau khi xúc tác là A, thì:

Trước khi đốt:(CO) A1

Sau khi đốt:ồ

Sau đó:A=A1 – (CO)/2

Và:λ =A1 /(CO)

Vì thế:A=λ ×(CO)-(CO)/2

Kết quả:(CO)= 2A /(2λ-1)    (λ＞0,5)

Nguyên lý cấu tạo của O₂/đầu dò CO

chữ O₂/Đầu dò CO đã thực hiện những thay đổi tương ứng trên cơ sở đầu dò ban đầu để hiện thực hóa chức năng kiểm soát quá trình đốt cháy mới. Ngoài việc phát hiện hàm lượng oxy trong quá trình đốt cháy, đầu dò còn có thể phát hiện các chất dễ cháy không hoàn toàn (CO/H₂), vì cacbon monoxit (CO) và hydro (H₂) cùng tồn tại trong khí thải đốt cháy không hoàn toàn.

Đầu dò là bộ phận cơ bản sử dụng nguyên lý điện hóa sau khi nung zirconia để thực hiện phép đo.

A. O₂điện cực (bạch kim)

B. Điện cực COe (bạch kim/kim loại quý)

C. Điện cực điều khiển (bạch kim)

Thành phần cốt lõi của đầu dò là tấm composite zirconia được hàn trên ống corundum để tạo thành một ống kín và tiếp xúc với kênh khí thải của hệ thống đốt. Việc sử dụng các điện cực tích hợp có thể ngăn chặn hiệu quả các thành phần ăn mòn làm hỏng điện cực và tăng tuổi thọ sử dụng.

Chức năng của điện cực COe và O₂điện cực giống nhau, nhưng điểm khác biệt giữa hai điện cực là tính chất điện hóa và xúc tác của nguyên liệu thô, do đó các thành phần dễ cháy trong khí thải như CO và H₂có thể được xác định và phát hiện. Ở trạng thái đốt cháy hoàn toàn, điện áp “Nernst” UO₂cũng được hình thành ở điện cực COe và hai điện cực này có đặc điểm đường cong giống nhau. Khi phát hiện các thành phần cháy không hoàn toàn hoặc dễ cháy, điện áp không “Nernst” UCOe cũng sẽ được hình thành trên điện cực COe, tuy nhiên các đường cong đặc trưng của hai điện cực di chuyển riêng biệt. (Xem biểu đồ đặc trưng cho cả hai cảm biến)

Tín hiệu điện áp UCO/H₂của cảm biến tổng là tín hiệu điện áp được đo bằng điện cực COe. Tín hiệu này bao gồm hai tín hiệu sau:

UCO/H₂(tổng cảm biến) = UO₂(hàm lượng oxy) + UCO₂/H₂(thành phần dễ cháy)

Nếu hàm lượng oxy đo bằng O₂điện cực bị trừ khỏi tín hiệu của tổng cảm biến, kết luận là:

UCOe (thành phần dễ cháy) = UCO/H₂(tổng cảm biến)-UO₂(hàm lượng oxy)

Công thức trên có thể dùng để tính thành phần dễ cháy COe đo bằng ppm. Cảm biến đầu dò là đặc tính tín hiệu điện áp điển hình. Biểu đồ thể hiện đường cong điển hình (đường đứt nét) của nồng độ COe khi hàm lượng oxy giảm dần.

Khi quá trình cháy đi vào khu vực thiếu không khí, tại điểm gọi là “bờ phát thải”, khi không đủ không khí khiến quá trình cháy không hoàn toàn thì nồng độ COe tương ứng sẽ tăng lên đáng kể.

Các đặc tính tín hiệu thu được được thể hiện trong sơ đồ đường cong đầu dò.

UO₂(đường liên tục) và UCO/H₂(đường chấm chấm).

Khi thừa không khí và quá trình đốt cháy hoàn toàn không có thành phần COe, tín hiệu cảm biến UO₂và UCO/H₂đều giống nhau và theo nguyên lý “Nernst”, hàm lượng oxy hiện tại của kênh khí thải được hiển thị.

Khi đến gần “cạnh phóng điện”, tín hiệu điện áp cảm biến tổng UCO/H₂của điện cực COe tăng với tốc độ không cân xứng do có thêm tín hiệu COe không phải Nernst. Đối với đặc tính tín hiệu điện áp của cảm biến: UO₂và UCO/H₂liên quan đến hàm lượng oxy trong kênh khí thải, các đặc tính điển hình của thành phần dễ cháy COe cũng được hiển thị ở đây.

Ngoài các tín hiệu điện áp của cảm biến UCO/H₂và UO₂, tín hiệu cảm biến tương đối động dU O₂/dt và dUCO/H₂/dt và đặc biệt là dải tín hiệu dao động của điện cực COe có thể dùng để khóa “cạnh phát xạ” của quá trình đốt cháy.

(Xem phần “Đốt cháy không hoàn toàn: khoảng dao động điện áp của điện cực COe UCO/H₂“)

Đặc tính kỹ thuật

•Chức năng đầu vào đầu dò kép: Một máy phân tích có thể được trang bị hai đầu dò, giúp tiết kiệm chi phí sử dụng và cải thiện độ tin cậy của phép đo.

•Nhiều chức năng đầu ra: Máy phân tích có hai đầu ra tín hiệu dòng điện 4-20mA và giao diện truyền thông máy tính-máy tính RS232 hoặc giao diện mạng RS485. Một kênh đầu ra tín hiệu oxy, kênh còn lại đầu ra tín hiệu CO.

•Phạm vi đo: Phạm vi đo oxy là 10^-30đến hàm lượng oxy đến 100% và phạm vi đo carbon monoxide là 0-2000PPM.

•Cài đặt báo động:Máy phân tích có 1 đầu ra cảnh báo chung và 3 đầu ra cảnh báo có thể lập trình.

• Hiệu chuẩn tự động:Máy phân tích sẽ tự động giám sát các hệ thống chức năng khác nhau và tự động hiệu chỉnh để đảm bảo độ chính xác của máy phân tích trong quá trình đo.

•Hệ thống thông minh:Máy phân tích có thể hoàn thành các chức năng của các cài đặt khác nhau tùy theo cài đặt được xác định trước.

•Hiển thị chức năng đầu ra:Máy phân tích có chức năng mạnh mẽ trong việc hiển thị các thông số khác nhau và chức năng kiểm soát và đầu ra mạnh mẽ của các thông số khác nhau.

•Chức năng an toàn:Khi không sử dụng lò, người dùng có thể điều khiển tắt phần gia nhiệt của đầu dò để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.

•Cài đặt rất đơn giản và dễ dàng:Việc lắp đặt máy phân tích rất đơn giản và có một cáp đặc biệt để kết nối với đầu dò zirconia.

Thông số kỹ thuật

Đầu vào

• Một hoặc hai đầu dò zirconia hoặc một đầu dò zirconia + cảm biến CO

• Ống khói hoặc nhiệt kế dự phòng loại K, R, J, S

• Đầu vào tín hiệu thanh lọc khí áp suất

• Lựa chọn hai loại nhiên liệu khác nhau

• Kiểm soát vận hành an toàn chống cháy nổ (chỉ áp dụng cho đầu dò được gia nhiệt)

đầu ra

Hai đầu ra tín hiệu DC 4～20mA tuyến tính (tải tối đa 1000Ω)

• Phạm vi đầu ra đầu tiên (tùy chọn)

Đầu ra tuyến tính 0～1% đến 0～100% hàm lượng oxy

Đầu ra logarit Hàm lượng oxy 0,1 ～ 20%

Sản lượng oxy vi mô 10^-39đến 10^-1hàm lượng oxy

• Phạm vi đầu ra thứ hai (có thể được chọn từ các mục sau)

Giá trị PPM hàm lượng carbon monoxide (CO)

Cacbon dioxit (CO₂)%

Giá trị PPM đo khí dễ cháy

Hiệu suất đốt cháy

Ghi lại giá trị oxy

Giá trị đốt thiếu khí

Nhiệt độ khói

Hiển thị thông số phụ

• Carbon monoxide carbon (CO) PPM

• Hiệu suất đốt khí cháy

• Điện áp đầu ra của đầu dò

• Nhiệt độ của đầu dò

• Nhiệt độ môi trường xung quanh

• Năm tháng ngày

• Độ ẩm môi trường

• Nhiệt độ khói

• Trở kháng đầu dò

• Chỉ số thiếu oxy

• Thời gian vận hành và bảo trì

Giao tiếp máy tính/máy in

Máy phân tích có cổng đầu ra nối tiếp RS232 hoặc RS485, có thể được kết nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối máy tính hoặc máy in, đầu dò và thiết bị có thể được chẩn đoán thông qua máy tính.

Làm sạch bụi và hiệu chuẩn khí tiêu chuẩn

Máy phân tích có 1 kênh để loại bỏ bụi và 1 kênh để hiệu chuẩn khí tiêu chuẩn hoặc 2 kênh cho rơle đầu ra hiệu chuẩn khí tiêu chuẩn và công tắc van điện từ có thể vận hành tự động hoặc thủ công.

Sự chính xácP

± 1% số đọc oxy thực tế với độ lặp lại 0,5%. Ví dụ, ở mức 2% oxy, độ chính xác sẽ là ±0,02% oxy.

Báo độngP

Máy phân tích có 4 cảnh báo chung với 14 chức năng khác nhau và 3 cảnh báo có thể lập trình được. Nó có thể được sử dụng cho các tín hiệu cảnh báo như hàm lượng oxy cao và thấp, CO cao và thấp, cũng như các lỗi đầu dò và lỗi đo lường.

Phạm vi hiển thịP

Tự động hiển thị 10^-30Hàm lượng oxy ～100% O2 và hàm lượng carbon monoxide 0ppm ~ 2000ppm.

Khí tham chiếuP

Cung cấp không khí bằng bơm rung động cơ vi mô.

Hệ thống điện

85VAC đến 264VAC 3A

Nhiệt độ hoạt động

Nhiệt độ hoạt động -25°C đến 55°C

Độ ẩm tương đối 5% đến 95% (không ngưng tụ)

Mức độ bảo vệ

IP65

IP54 với máy bơm không khí tham chiếu bên trong

Kích thước và trọng lượng

300mm W x 180mm H x 100mm D 3kg