[發(fā)明專利]氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010956409.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112255294B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭聳;周筠;劉洪勝;王梓;李斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409;G01N27/416
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發(fā)明提供了一種氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)，用于降低氧化鋯測氧探頭存在的極限回氧速率對氧濃度測量造成的影響，實現(xiàn)了回氧速率的修正。氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)具體包括供氣系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、氣體流量控制系統(tǒng)、混氣試驗裝置、連接噴嘴與探頭的半密封不銹鋼罐體、氧化鋯測氧探頭、精密升降臺、氧量分析儀、掃氣系統(tǒng)、數(shù)值模擬計算軟件。本實驗裝置區(qū)別于常規(guī)的對氧化鋯氧量分析儀與氧化鋯測氧探頭檢測器相連的標(biāo)氣進(jìn)行清掃從而實現(xiàn)氧濃度的校正，而是從根本上考慮了氧化鋯高溫下與氧分子反應(yīng)的靈敏度，修正了氧化鋯測氧探頭檢測器存在的儀器測量偏差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化鋯氧含量傳感器是一種常用的氧氣濃度傳感器，其測量氧氣濃度的原理是利用氧化鋯濃差電勢來測定氣體中氧含量的，氧化鋯安置在整個傳感器的頂端。在一定的高溫下，當(dāng)鋯管兩邊的氧含量不同時，便處形成一個典型的氧濃差電池。在此電池中，空氣是參比氣，被測氣體與空氣分別位于內(nèi)外電極。兩電極間會產(chǎn)生一個與氧濃差有關(guān)的電勢E，該電勢信號通過能斯特方程求出。在一定的高溫條件下(一般在600℃以上)，一定的氧含量有一對應(yīng)的電勢輸出，在理想狀態(tài)下，通過檢測其電勢值便可以得到其在對應(yīng)的氧含量。

根據(jù)氧化鋯傳感器的測氧原理，在實際測量過程中，由于鋯管內(nèi)外側(cè)氣體濃度的變化與鋯管與氧氣接觸的反應(yīng)，傳感器本身必然存在響應(yīng)速度的快慢，即實測的氧濃度速率存在儀器響應(yīng)的偏差，氧濃度速率的測量值與儀器極限響應(yīng)速率的差值才為氧濃度速率的真值，因此，對氧化鋯傳感器本身氧濃度數(shù)值的測量需要進(jìn)行一個修正。

氧化鋯氧含量傳感器測量的校正主要有2種：一是通過斜率系數(shù)校正氧含量，在本底電勢和標(biāo)氣修正的基礎(chǔ)上，利用斜率校正系數(shù)k修正曲線斜率；二是通過通入標(biāo)氣修正氧化鋯探頭的本底電勢。兩種系統(tǒng)的本質(zhì)在實驗前進(jìn)行氧化鋯探頭電勢值的重置，在此基礎(chǔ)上對獲得的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以實現(xiàn)對氧化鋯氧含氧傳感器測量的校正。

目前所流行的測量校正系統(tǒng)都并未提及鋯管接觸氧氣靈敏度高低對氧濃度測量的影響，然而根據(jù)氧化鋯測量原理，考慮鋯管自身的靈敏度影響是十分重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于通過實現(xiàn)理想風(fēng)速條件下對氧化鋯傳感器極限回氧速率的測量，根據(jù)試驗實測的氧濃度變化速率與儀器極限回氧速率的差值，可得到試驗條件下的氧濃度真值。

針對上述現(xiàn)有試驗裝置的不足，本發(fā)明提供了一種氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)，填補(bǔ)了氧化鋯氧濃度測量在校正方面對儀器自身靈敏度考核不足的空白，更易于獲取氧濃度數(shù)值的真值，在氧化鋯傳感器測量特性和計算系統(tǒng)的研究方面發(fā)揮了作用。

本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種氧化鋯測氧探頭回氧速率修正系統(tǒng)，具體包括供氣系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、氣體流量控制系統(tǒng)、混氣試驗裝置、半密封不銹鋼罐體、氧化鋯測氧探頭檢測器、精密升降臺、氧化鋯氧量分析儀、掃氣系統(tǒng)、數(shù)值模擬計算軟件。

供氣系統(tǒng)同時供給氮氣和氧氣通過氣路系統(tǒng)通往氣體流量控制系統(tǒng)，按照電子皂膜流量計在不同孔徑噴嘴以及不同壓力下的流量校驗結(jié)果，利用數(shù)值模擬確定不同實驗比例氧濃度下的氮氧供氣流量比，并通過不銹鋼卡套二通分別將氧氣氣瓶、氮氣氣瓶與氣路系統(tǒng)進(jìn)行連接。

氣體流量控制系統(tǒng)與混氣試驗裝置相連，利用數(shù)顯壓力表、減壓閥以及限流噴嘴，通過控制氣體來流壓力實現(xiàn)對氣體流量的穩(wěn)定控制。混氣試驗裝置利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，通過確定進(jìn)出口壓力環(huán)境，調(diào)節(jié)邊界條件，計算混氣試驗裝置出口最佳距離，實現(xiàn)最佳混氣狀態(tài)。

不銹鋼非全密封罐體上方有螺紋通孔與掃氣系統(tǒng)相連，下方邊緣處留有兩處細(xì)小通孔保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，其連接混氣試驗裝置與氧化鋯測氧探頭檢測器，并將混氣試驗裝置混合均勻的氣體傳至下部的氧化鋯測氧探頭檢測器，利用精密升降臺進(jìn)行移動固定氧化鋯測氧探頭檢測器與不銹鋼非全密封罐體。