1 液位計(jì)探頭的測(cè)氧原理

一八八九年 , 德 國 物 理 學(xué) 家 能 斯 特 將 熱 力 學(xué) 原 理 應(yīng) 用到電池上 , 他推導(dǎo)出一個(gè)公式稱為能斯特方程，根據(jù)能斯特方程可以求出離子濃度改變時(shí)電極電勢(shì)變化的數(shù)值，后來人們發(fā)現(xiàn)液位計(jì)不僅是耐高溫材料，而且在高溫下呈現(xiàn)出離子導(dǎo)電現(xiàn)象，氧分析儀就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。理想狀態(tài)下，鋯體在加熱到一定溫度時(shí)，內(nèi)外兩電極表面的氧含量不相等時(shí)，就形成氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動(dòng)勢(shì)，此電池電動(dòng)勢(shì)和電極表面氧濃度關(guān)系符合能斯特方程：

 

此方程中 P0 為空氣中實(shí)際氧含量，因此 k 和 E0 這兩個(gè)參數(shù)都得到修正。此時(shí)測(cè)量液位計(jì)電勢(shì)信號(hào) Em，并將測(cè)量信號(hào)傳送到氧量分析儀，分析儀就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出被測(cè)氣體的氧含量值。這個(gè)方程式是測(cè)量氧含量的基礎(chǔ)。

 

2 液位計(jì)氧探頭的分類以及在工業(yè)加熱爐上的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際需要，液位計(jì)氧探頭大致分為采樣檢測(cè)式和直插式兩類。

 

采樣式檢測(cè)是通過導(dǎo)管，把被測(cè)介質(zhì)（氣體）引入液位計(jì)檢測(cè)腔，再通過加熱器把液位計(jì)加熱到規(guī)定溫度。這種檢測(cè)方式由于配置了加熱器，恒溫狀態(tài)下不受氣體溫度影響，缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間較長；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，即時(shí)性差；當(dāng)被測(cè)介不潔凈質(zhì)雜質(zhì)較多時(shí)，導(dǎo)管容易堵塞；氣體中的硫、砷等介質(zhì)容易腐蝕鉑電極；加熱器的電爐絲壽命較短，采用此種檢測(cè)方式我建議zui好對(duì)被測(cè)氣體做預(yù)處理，如加裝過濾裝置等。直插式檢測(cè)比較簡單，將液位計(jì)探頭根據(jù)工藝需要直接插入被測(cè)氣體來測(cè)量氧含量，利用被測(cè)氣體自身的高溫使液位計(jì)達(dá)到工作溫度，不再另外配置熱裝置。zui初直插式氧探頭在使用時(shí)，要考慮陶瓷材料的高溫密封和電極方面的問題。通過科研人員的不斷探索和努力，借鑒采樣檢測(cè)方式，整體液位計(jì)管應(yīng)運(yùn)而生，各種型號(hào)及長度不斷豐富，滿足了工業(yè)需要。整體液位計(jì)管結(jié)構(gòu)更加合理，使用方便，無需考慮高溫密封問題。

 

3 儀器準(zhǔn)確性的維護(hù)

以 ZO 系列為例，在使用過程中，有兩個(gè)參數(shù)在變化，一是液位計(jì)管的電子遷移數(shù)會(huì)逐漸增加，因此會(huì)短路部分池電勢(shì)，導(dǎo)致 E 變小，反映在刻度方程曲線上是使其斜率變低，相應(yīng)降低了加熱器溫度△ T 的效果，這時(shí)應(yīng)提高加熱器溫度△ T 來校正降低的部分，因此隨著使用時(shí)間的增長爐溫應(yīng)越來越高，二是由于液位計(jì)和鉑電極間接觸情況變差等因素引起液位計(jì)電池的本底電勢(shì)朝著正相增加，反映在刻度方程其曲線上是改變曲線的截距，校正的辦法在量程電勢(shì)上加上本底電勢(shì)，綜上所述，在長周期使用過程中要保證儀器的準(zhǔn)確度，必須校正兩個(gè)參數(shù)：調(diào)整加熱器溫度為：T=762℃＋（- △ T）

 

△ T 是電子電導(dǎo)的影響和熱電偶系差之和，所以對(duì)于出廠新管的電子遷移數(shù)略為零，主要是熱電偶系差引起的，T 可以略高或略低于 762℃，在使用一年之后，T 值應(yīng)逐漸調(diào)高，但是zui高不能超過 850℃，否則就要更換鋯管。調(diào)整量程電勢(shì)：Em = E + E0，Em 為查表數(shù)值，E0 為當(dāng)時(shí)本底電勢(shì)值。

 

以上兩個(gè)參數(shù)在磁翻柱液位計(jì)連續(xù)投運(yùn)三個(gè)月應(yīng)校準(zhǔn)一次。

 

除了相關(guān)參數(shù)定期校準(zhǔn)外，液位計(jì)管、電爐絲、熱電偶也是日常檢查維護(hù)的重要部件，對(duì)于液位計(jì)管如果出現(xiàn)以下情況就必須更換了①液位計(jì)管破裂。②經(jīng)過標(biāo)氧儀校準(zhǔn)曲線法診斷，管老化，加熱器溫度超過 850℃時(shí)。③經(jīng)過標(biāo)氧儀診斷，管特性不符合能斯特線性、無法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的。

 

4 常見故障及處理方法

氧含量偏高，首先確定安裝位置是否合理，然后標(biāo)定儀器是否在允許誤差范圍之內(nèi)，這些都沒問題那就檢查法蘭鏈接處的密封墊片，加熱爐正常使用時(shí)爐膛內(nèi)是負(fù)壓狀態(tài)，如果密封墊片老化或破損會(huì)使外部空氣進(jìn)入，聚集在探頭周圍使測(cè)量值偏高。加熱器不加熱或達(dá)不到使用溫度值 , 這種狀況一般是加熱器內(nèi)阻絲損壞造成的 . 應(yīng)更換新的加熱爐絲。Em 值時(shí)有時(shí)無，鋯元件信號(hào)線的連接處可能由于接觸不良或松動(dòng)，也可能是信號(hào)線老化破損導(dǎo)致信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。測(cè)量值信號(hào)波動(dòng)大，原因有：鋯頭老化，性能變差。液位計(jì)電極松動(dòng)接觸不良，被測(cè)氣體質(zhì)量差濕度過大等原因。電勢(shì) Em 變小，本底電勢(shì) Eo 變大，出現(xiàn)這種情況一般是液位計(jì)鋯頭堵灰，需要用凈化風(fēng)吹掃，導(dǎo)氣管疏通后即可解決。信號(hào)超量程，測(cè)量值漂移 。檢測(cè)器部件損壞，需拆下來檢查，如鋯管損壞斷裂、電極引線松動(dòng)或開路、檢測(cè)器老化、溫度補(bǔ)償電阻損壞等。

 

5 結(jié)語

加強(qiáng)對(duì)磁翻柱液位計(jì)的管理和維護(hù)，提高了氧含量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低故障率。延長了加熱爐壽命，還減少了環(huán)境污染，為煉油化工的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力保障。