氧化锆分析仪结构制造

 氧化锆分析仪作为一种高精度气体氧含量检测装置，在冶金、化工、环保等领域应用广泛。工作原理：氧化锆分析仪其核心基于氧化锆固体电解质材料的氧离子导电特性，结合精密结构设计，可在高温、腐蚀性环境下实现氧气浓度的实时在线监测。 

一、氧化锆分析仪结构 

1. 传感器模块

（1）氧化锆锆管：

材料选择：采用钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷，通过高温烧结形成致密晶体结构，确保氧离子传导性能（电导率>0.1 S/cm@700℃）。  

制造工艺：通过等静压成型或注塑成型制成中空管状结构，烧结温度需严格控制在1500–1600℃以消除孔隙并提升机械强度。   

（2）参比电极与测量电极

电极材料：铂金（Pt）浆料涂覆于氧化锆管内外壁，经高温烧结形成多孔电极层，厚度约10–20μm。  

功能设计：内电极接触参比气体（通常为空气），外电极接触被测气体，两极氧浓度差产生Nernst电势信号。

 2. 采样与预处理系统  

高温抽气探杆  

材质：再结晶碳化硅陶瓷，耐受温度可达1600℃。  

结构：双层套管设计，外层为耐腐蚀保护管，内层为导气通道，配备自清洁滤芯（孔径≤5μm）。  

 3. 信号处理与控制系统

信号放大电路：高阻抗输入放大器（输入阻抗＞10^12Ω），抑制热电偶效应干扰。  

温度补偿模块：内置K型热电偶实时监测传感器温度，通过软件算法修正温度漂移误差。  

输出接口：支持4–20mA、RS485或HART协议，与DCS/PLC系统无缝对接。

二、制造工艺的关键技术难点 

 1. 氧化锆陶瓷的精密加工  

烧结变形控制：通过梯度升温（升温速率≤3℃/min）和模具支撑技术，将管状陶瓷的圆度误差控制在±0.1mm以内。  

电极附着强度：优化铂浆配方（添加氧化铝纳米颗粒），提升电极与陶瓷基体的结合力（剪切强度＞15MPa）。 

 2. 气路系统的密封性与耐腐蚀性  

高温密封技术：采用金属波纹管+石墨垫片复合密封，确保800℃下泄漏率＜1×10^-6 Pa·m³/s。  

防腐涂层工艺：探杆表面喷涂Al₂O₃-TiO₂复合涂层（厚度50μm），耐H₂S腐蚀寿命提升3倍。 

3. 信号稳定性优化

抗干扰设计：双绞屏蔽电缆+数字滤波算法，将信号噪声抑制在±0.05mV以内。  

动态响应校准：通过PID调节采样泵流量（0.5–2L/min），使系统响应时间＜10秒（T90）。

三、典型制造流程示例  

以抽气式氧化锆分析仪为例，其制造流程可分为以下阶段：  

1. 核心元件制备：氧化锆管烧结→铂电极涂覆→高温老化测试（48h@700℃）。  

2. 机械结构装配：探杆焊接→过滤模块集成→防爆壳体封装。  

3. 电气系统调试：信号板校准→温度补偿参数录入→通信协议配置。  

4. 整机性能测试：  

   气密性测试：氦质谱检漏仪检测，漏率≤1×10^-7 mbar·L/s。  

   精度验证：通入标准气体（0.5%、5%、21% O₂），全量程误差≤±1%FS。