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數(shù)字邏輯分析儀 分析儀是如何工作的

時(shí)間:2020-08-05    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

一、邏輯分析儀的發(fā)展  
自20世紀(jì)70 年代初研制成微處理器,出現(xiàn)4位和8位總線,傳統(tǒng)示波器的雙通道輸入無(wú)法滿足8位字節(jié)的觀察。微處理器和存儲(chǔ)器的測(cè)試需要不同于時(shí)域和頻域儀器。數(shù)域測(cè)試儀器應(yīng)運(yùn)而生。HP公司推出狀態(tài)分析儀和Biomation公司推出定時(shí)分析儀(兩者最初很不相同)之后不久,用戶開(kāi)始接受這種數(shù)域測(cè)試儀器作為最終解決數(shù)字電路測(cè)試的手段,不久狀態(tài)分析儀與定時(shí)分析儀合并成邏輯分析儀?! ?0世紀(jì)80 年代后期,邏輯分析儀變得更加復(fù)雜,當(dāng)然使用起來(lái)也就更加困難。例如,引入多電平樹(shù)形觸發(fā),以應(yīng)付條件語(yǔ)句如IF、THEN、ELSE等復(fù)雜事件。這類(lèi)組合觸發(fā)必然更加靈活,同時(shí)對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)就不是那樣容易掌握了。  邏輯分析儀的探頭日益顯得重要。需用夾子夾住穿孔式元件上的16根引腳和雙列直插式元件上的只有0.1″間隙的引腳時(shí),就出現(xiàn)探頭問(wèn)題。今天的邏輯分析儀提供幾百個(gè)工作在200MHz頻率上的通道信號(hào)連接就是個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。適配器、夾子和輔助爪鉤等多種多樣,但是可以的辦法的是設(shè)計(jì)一種廉價(jià)的測(cè)試夾具,邏輯分析儀直接連接到夾具上,形成可靠和緊湊的接觸?! 〗裉斓陌l(fā)展趨勢(shì)
  邏輯分析儀的基本取向近年來(lái)在計(jì)算機(jī)與儀器的不斷融合中找到了解決的辦法。Tektronix公司TLA600系列邏輯分析儀著重解決導(dǎo)向和發(fā)展能力,亦即儀器如何動(dòng)作和如何構(gòu)建有特色的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向采用微軟的Windows接口,它非常容易驅(qū)動(dòng)。改進(jìn)信號(hào)發(fā)現(xiàn)能力必然涉及到儀器結(jié)構(gòu)的變動(dòng)。在所有要處理的數(shù)據(jù)中著重處理與時(shí)間有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),不同類(lèi)型的信息采用多窗口顯示。例如,對(duì)于微處理器來(lái)說(shuō),可以能同時(shí)觀察定時(shí)和狀態(tài)以及反匯編源碼,而且各窗口上的光標(biāo)彼此跟蹤相連?! £P(guān)于觸發(fā),總是傳統(tǒng)邏輯分析儀中的難題。TLA600系列邏輯分析儀為用戶提供觸發(fā)庫(kù),使復(fù)雜觸發(fā)事件的設(shè)置簡(jiǎn)單化,保證你精力集中解決測(cè)試問(wèn)題上,而不必花時(shí)間去調(diào)整邏輯分析儀的觸發(fā)設(shè)置。該庫(kù)中包含有許多易于掌握的觸發(fā)設(shè)置,可以作為通常需要修改的觸發(fā)起始點(diǎn)。需要特殊的觸發(fā)能力只是問(wèn)題的一部分。除了由錯(cuò)誤事件直接觸發(fā)外,用戶還希望從過(guò)去的時(shí)段去觀察信號(hào),找出造成錯(cuò)誤的根源和它前后的關(guān)系。精細(xì)的觸發(fā)和深存儲(chǔ)器可提高超前觸發(fā)能力?! ≡赑C機(jī)平臺(tái)上使用Windows,除了為廣大用戶提供了許多熟知的好處之外,只要給定正確的軟件和相關(guān)工具,即可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,從目標(biāo)文件格式中提取源碼和符號(hào),支持微軟公司的CMO/DCOM標(biāo)準(zhǔn),而且處理器可運(yùn)行各種控制操作。

  二、邏輯分析儀的選擇
  如果數(shù)字電路出現(xiàn)故障,我們一般優(yōu)先就考慮使用邏輯分析儀來(lái)檢查數(shù)字電路的完整性,不難發(fā)現(xiàn)存在的故障;但是在其他情況下你是否考慮到使用邏輯分析儀呢?譬如說(shuō):第一點(diǎn)如何觀察測(cè)試系統(tǒng)在執(zhí)行我們事先編制好的程序時(shí),是不是真正地在按照我們?cè)O(shè)計(jì)好的程序來(lái)執(zhí)行呢?如果我們向系統(tǒng)寫(xiě)入的是(MOV A,B)而系統(tǒng)則是執(zhí)行的(ADD A,B),那會(huì)造成什么樣的后果?第二點(diǎn):怎么樣真正地監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的實(shí)際工作狀態(tài),而不是用DEBUG等方式進(jìn)行設(shè)置斷點(diǎn)后,查看預(yù)先設(shè)定的某些變量或內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是我們預(yù)先想得到的值。在這里我們有第三、第四等等很多問(wèn)題有待解決。
  通常我們將數(shù)字系統(tǒng)分成硬件部分和軟件部分,在研發(fā)設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí),我們有很多事情要做,譬如硬件電路的初步設(shè)計(jì)、軟件的方案制定和初步編制、硬件電路的調(diào)試、 軟件的調(diào)試、以及最終的系統(tǒng)的定型等等工作,在這些工作中幾乎每一步工作都要邏輯分析儀的幫助,但是鑒于每個(gè)單位的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和人員狀況不同,并且在很多系統(tǒng)的使用中都不是要把以上的每個(gè)部分都進(jìn)行一 遍,這樣我們就把邏輯分析儀的使用分成以下幾個(gè)層次:
  第一個(gè)層次:只要查看硬件系統(tǒng)的一些常見(jiàn)的故障,例如時(shí)鐘信號(hào)和其他信號(hào)的波形、信號(hào)中是否存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的毛刺信號(hào)等故障;
  第二個(gè)層次:要對(duì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的時(shí)序進(jìn)行很好的分析,以便可以地利用系統(tǒng)資源,消除由定時(shí)分析能夠分析出的一些故障;
  第三個(gè)層次:要對(duì)硬件對(duì)軟件的執(zhí)行情況的分析,以確保寫(xiě)入的程序被硬件系統(tǒng)完整地執(zhí)行;
  第四個(gè)層次:需要實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)軟件的執(zhí)行情況,對(duì)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)試。
  第五個(gè)層次:需要進(jìn)行現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)性的解剖分析,達(dá)到我們對(duì)現(xiàn)有客戶系統(tǒng)的軟件和硬件系統(tǒng)全面透徹地了解和掌握的功能。
  對(duì)以上的幾個(gè)層次的要求,我們可以看出,他們并不都需要很高檔的邏輯分析儀,對(duì)于第一層次的使用者,他們甚至用一臺(tái)功能比較好的示波器就可以解決問(wèn)題,針對(duì)以上的幾個(gè)使用層次,在選擇儀器時(shí)可以選用相應(yīng)的儀器。實(shí)際上邏輯分析儀也有幾個(gè)層次,他們有:
  1、 普通2~4通道的數(shù)字存儲(chǔ)器,例如TDS3000系列(加上TDS3TRG高級(jí)觸發(fā)模塊),利用它的一些高級(jí)觸發(fā)功能(例如脈沖寬度觸發(fā)、欠幅脈沖觸發(fā)、各個(gè)通道之間的一定的與、或、與或、異或關(guān)系的觸發(fā))就可以找到我們希望看到的信號(hào),發(fā)現(xiàn)并排除一些故障,況且示波器的功能還可以作為其他使用,在這里我們只不過(guò)用了一臺(tái)示波器的附加功能,可以說(shuō)這種方式是最節(jié)省的方式。
  2、當(dāng)示波器的通道數(shù)不夠時(shí),也可以選用一些帶有簡(jiǎn)單的定時(shí)分析功能的多通道定時(shí)分析儀器,如早期的邏輯分析儀和現(xiàn)在市面上還有的混合信號(hào)示波器,如Agilent的546××D示波器。
  3、一些功能比較簡(jiǎn)單,速度不是特別快的的計(jì)算機(jī)插卡 式,基于Windows、絕大部分功能都由軟件來(lái)完成的虛擬儀器,這類(lèi)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的很多廠家都有生產(chǎn)。
  4、采樣速率、觸發(fā)功能、分析功能都很強(qiáng)大的不可擴(kuò)展的固定式整機(jī)。例TLA600系列。
  5、功能更強(qiáng)擴(kuò)展性更好的模塊化插卡式整機(jī);對(duì)不同的用戶,可以針對(duì)需要,選擇不同檔次的儀器。
  邏輯分析儀的一些技術(shù)指標(biāo):
  1、邏輯分析儀的通道數(shù) :在需要邏輯分析儀的地方,要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面地分析,就應(yīng)當(dāng)把所有應(yīng)當(dāng)觀測(cè)的信號(hào)全部引入邏輯分析儀當(dāng)中,這樣邏輯分析儀的通道數(shù)至少應(yīng)當(dāng)是:被測(cè)系統(tǒng)的字長(zhǎng)(數(shù)字總線數(shù))+被測(cè)系統(tǒng)的控制總線數(shù)+時(shí)鐘線數(shù)。這樣對(duì)于一個(gè)16位機(jī)系統(tǒng),就至少需要68個(gè)通道?,F(xiàn)在幾個(gè)廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)多達(dá)340通道以上。例Tektronix等。
  2、定時(shí)采樣速率 :在定時(shí)采樣分析時(shí),要有足夠的 定時(shí)分辨率,就應(yīng)當(dāng)足夠高的定時(shí)分析采樣速率,我們應(yīng)當(dāng)知道,并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的采樣速率(見(jiàn)下表)現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達(dá)2Gs/S,在這個(gè)速率下,我們可以看到0.5ps時(shí)間上的細(xì)節(jié)。
  以下是一些很常見(jiàn)的芯片的工作頻率和建立/保持時(shí)間的列表,我們可以看出,即使它們的工作頻率很低,但在時(shí)間分析(Timing)中要求的分辨率也很高。
表一:典型的數(shù)字設(shè)備
  3、狀態(tài)分析速率:在狀態(tài)分析時(shí),邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘就用被測(cè)試對(duì)象的工作時(shí)鐘(邏輯分析儀的外部時(shí)鐘)這個(gè)時(shí)鐘的最高速率就是邏輯分析儀的高狀態(tài)分析速率。也就是說(shuō),該邏輯分析儀可以分析的系統(tǒng)較快的工作頻率?,F(xiàn)在的主流產(chǎn)品的定時(shí)分析速率在100MHz,最高可高達(dá)300MHz甚至更高。
  4、邏輯分析儀的每通道的內(nèi)存長(zhǎng)度:邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲(chǔ)它所采樣的數(shù)據(jù),以用于對(duì)比、分析、轉(zhuǎn)換(譬如將其所捕捉到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成非二進(jìn)制信號(hào)【匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言 、C++ 等】,等在選擇內(nèi)存長(zhǎng)度時(shí)的基準(zhǔn)是“大于我們即將觀測(cè)的系統(tǒng)可以進(jìn)行最大分割后的最大塊的長(zhǎng)度?!?BR> 5、邏輯分析儀的探頭:邏輯分析儀通過(guò)探頭與被測(cè)器件連接,探頭起著信號(hào)接口的作用,在保持信號(hào)完整性中占有重要位置。邏輯分析儀與數(shù)字示波器不同,雖然相對(duì)上下限值的幅度變化并不重要,但幅度失真一定會(huì)轉(zhuǎn)換成定時(shí)誤差。邏輯分析儀具有幾十至幾百通道的 探頭其頻率響應(yīng)從幾十至幾百M(fèi)Hz,保證各路探頭的相對(duì)延時(shí)最小和保持幅度的失真較低。這是表征邏輯分析儀探頭性能的關(guān)鍵參數(shù)。Agilent公司的無(wú)源探頭和Tektronix公司的有源探頭具有代表性,屬于邏輯分析儀的高檔探頭。
  邏輯分析儀的強(qiáng)項(xiàng)在于能洞察許多信道中信號(hào)的定時(shí)關(guān)系??上У氖?,如果各個(gè)通道之間略有差別便會(huì)產(chǎn)生通道的定時(shí)偏差,在某些型號(hào)的 邏輯分析儀里,這種偏差能減小到最小,但是仍有殘留值存在。通用邏輯分析儀,如Tektronix公司的TLA600型或Agilent公司的HP16600型,在所有通道中的時(shí)間偏差約為1ns。因而探頭非常重要,詳見(jiàn)本站“測(cè)試附件及連接探頭”。
  a)探頭的阻性負(fù)載,也就是探頭的接入系統(tǒng)中以后對(duì)系統(tǒng)電流的分流作用的大小,在數(shù)字系統(tǒng)中,系統(tǒng)的電流負(fù)載能力一般在幾個(gè)KΩ以上,分流效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響一般可以忽略,現(xiàn)在流行的幾種長(zhǎng)邏輯分析儀探頭的阻抗一般在20~200KΩ之間。
  b)探頭的容性負(fù)載:容性負(fù)載就是探頭接入系統(tǒng)時(shí),探頭的等效電容,這個(gè)值一般在1~30PF之間,在現(xiàn)在的高速系統(tǒng)中,容性負(fù)載對(duì)電路的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻性負(fù)載,如果這個(gè)值太大,將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)中的信號(hào)“沿”的形狀改變整個(gè)電路的性質(zhì),改變邏輯分析儀對(duì)系統(tǒng)觀測(cè)的實(shí)時(shí)性,導(dǎo)致我們看到的并不是系統(tǒng)原有的特性。
 c)探頭的易用性:是指探頭接入系統(tǒng)時(shí)的難易程度,隨著芯片封裝的密度越來(lái)越高,出現(xiàn)了BGA、QFP、TQFP、PLCC、SOP等各種各樣的封裝形式,IC的腳間距最小的已達(dá)到0.3mm以下,要很好的將信號(hào)引出,特別是BGA封裝,確實(shí)有困難,并且分立器件的尺寸也越來(lái)越小,典型的已達(dá)到0.5mm×0.8mm。
  d) 與現(xiàn)有電路板上的調(diào)試部分的兼容性。
  6、系統(tǒng)的開(kāi)放性:隨著數(shù)據(jù)共享的呼聲越來(lái)越高,我們所使用的系統(tǒng)的開(kāi)放性就越來(lái)越重要,現(xiàn)在的邏輯分析儀的操作系統(tǒng)也由過(guò)去的專用系統(tǒng)發(fā)展到使用Windows介面,這樣我們?cè)谑褂脮r(shí)很方便。
  小結(jié)
  如果在你的工作中有數(shù)字邏輯信號(hào),你就有機(jī)會(huì)使用邏輯分析儀。因此應(yīng)選好一種邏輯分析儀,既符合所用的功能,又不太超越所需的功能。用戶多半會(huì)找一種容易操作的儀器,它在功能控制上操作步驟較少,菜單種類(lèi)也不多,而且不太復(fù)雜。
  從另一方面說(shuō),如果需要用較快速度的和最大型的分析能力很強(qiáng)的邏輯分析儀,已有現(xiàn)成的解決方案。這種新穎儀器幾乎不會(huì)出現(xiàn)通道對(duì)通道的延時(shí)以及探頭的負(fù)載影響。如果你稍有疏漏,則可能要花費(fèi)幾萬(wàn)美元的學(xué)費(fèi)才能取得經(jīng)驗(yàn)。
  確實(shí)能捕獲到信號(hào)才是第一重要的事。當(dāng)你知道正在捕獲的 數(shù)據(jù)是有用的數(shù)據(jù)時(shí)就靠邏輯分析儀能力的發(fā)揮了。



    紅外煙氣分析儀是利用紅外線進(jìn)行氣體分析。它基于待分析組分的濃度不同,吸收的輻射能不同.剩下的輻射能使得檢測(cè)器里的溫度升高不同,動(dòng)片薄膜兩邊所受的壓力不同,從而產(chǎn)生一個(gè)電容檢測(cè)器的電信號(hào)。這樣,就可間接測(cè)量出待分析組分的濃度。

    紅外傳感器工作原理:利用不同氣體對(duì)紅外波長(zhǎng)的電磁波能量具有特殊吸收特性的原理而進(jìn)行氣體成分和含量分析。

    紅外線一般指波長(zhǎng)從0.76μm至1000μm范圍內(nèi)的電磁輻射。在紅外線氣體分析儀器中實(shí)際使用的紅外線波長(zhǎng)大約在1~50μm。

    紅外煙氣分析儀受水分干擾的消除方法:

    煙氣排放中的水含量是影響二氧化硫和氮氧化物測(cè)定的主要干擾物,水分干擾直接影響了儀器的測(cè)量精度。這也是為什么部分紅外氣體分析儀在實(shí)驗(yàn)室條件下使用標(biāo)準(zhǔn)氣檢定時(shí)合格,在CEMS現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試卻達(dá)不到要求的原因。

    消除水分干擾誤差的方法通常兩種:

    采用脫水裝置;

    設(shè)置水分傳感器并進(jìn)行軟件補(bǔ)償。

    采用脫水裝置的方法有采用高效干燥劑如無(wú)水高氯酸鎂,或者采用NAFION膜式干燥管。其主要問(wèn)題在于需要經(jīng)常更換,人為增加了運(yùn)行維護(hù)成本。儀器生產(chǎn)廠家也有可能在檢定時(shí)使用脫水裝置,但是在運(yùn)行時(shí)為減少運(yùn)行費(fèi)用不采用該裝置,造成實(shí)際運(yùn)行中的性能改變,導(dǎo)致CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不確定度增加。采用水分傳感器軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ话阒恍拚泓c(diǎn)的水分干擾,且低端的分辨率較低。對(duì)于同時(shí)含水和含SO2,NO的氣體的修正精度很差。

    此外對(duì)于NO分析儀,由于在相同的氣室長(zhǎng)度下,NO的分辨率低于H2O的分辨率,采用水分傳感器修正的方法對(duì)NO會(huì)造成很大的誤差。那么如何真正有效降低水分對(duì)紅外分析儀測(cè)量的影響呢?紅外煙氣分析儀在傳統(tǒng)微流紅外傳感器的基礎(chǔ)上,增加了調(diào)水機(jī)構(gòu)。它是通過(guò)將不同溫度下的飽和空氣依次通入紅外傳感器,通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)水機(jī)構(gòu),使得含有非冷凝水的氣體與N2的信號(hào)一致。同時(shí)通過(guò)硬件調(diào)節(jié)及線性修正,來(lái)消除H2O(氣)對(duì)SO2、NOx的干擾。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,通過(guò)該方法調(diào)節(jié)后的傳感器可以滿足各種水分含量條件下的水分干擾消除,干擾的程度可控制在5ppm以內(nèi)。






隨著人們環(huán)保和節(jié)能意識(shí)的逐漸提高,眾多大中型企業(yè)如鋼鐵冶金、石油化工、火力發(fā)電廠等,已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護(hù)環(huán)境等作為提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的重要途徑。鋼鐵行業(yè)的軋鋼加熱爐、電力行業(yè)的鍋爐等燃燒裝置和熱工設(shè)備,是各行業(yè)的能源消耗大戶。因此,如何測(cè)量和提高燃燒裝置的燃燒效率、確定較佳燃燒點(diǎn),是十分令人關(guān)心的。

確定較佳燃燒效率點(diǎn)

供給加熱爐、鍋爐等加熱設(shè)備的燃料燃燒熱并不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐為例,有效熱是為了使物料加熱或熔化(以及工藝過(guò)程的進(jìn)行)所必須傳入的熱量,爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。當(dāng)鼓風(fēng)量過(guò)大時(shí)(即空燃比α偏大),雖然能使燃料充分燃燒,但煙氣中過(guò)??諝饬科?,表現(xiàn)為煙氣中O2含量高,過(guò)剩空氣帶走的熱損失Q1值增大,導(dǎo)致熱效率η偏低。與此同時(shí),過(guò)量的氧氣會(huì)與燃料中的S、煙氣中的N2反應(yīng)生成SO2、NOX等有害物質(zhì)。而對(duì)于軋鋼加熱爐,煙氣中氧含量過(guò)高還會(huì)導(dǎo)致鋼坯氧化鐵皮增厚,增加氧化燒損。

當(dāng)鼓風(fēng)量偏低時(shí)(即空燃比α減?。憩F(xiàn)為煙氣中O2含量低,CO含量高,雖說(shuō)排煙熱損失小,但燃料沒(méi)有完全燃燒,熱損失Q2增大,熱效率η也將降低。另外,煙囪也會(huì)冒黑煙而污染環(huán)境。

所謂提高燃燒效率,就是要適量的燃料與適量的空氣組成較佳比例進(jìn)行燃燒。熱效率與煙氣中的CO、O2、CO2含量以及排煙溫度、供熱負(fù)荷、霧化條件等因素有關(guān)。因此,可通過(guò)氧化鋯氧量分析儀測(cè)量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來(lái)調(diào)節(jié)空氣消耗系數(shù)λ,來(lái)達(dá)到最高燃燒效率。

燃燒效率控制由來(lái)已久,上世紀(jì)60年代,曾廣泛采用CO2分析儀監(jiān)測(cè)煙道氣體中CO2含量來(lái)控制空氣消耗系數(shù)λ以達(dá)到較佳,但CO2含量受燃料品種影響較大。70年代后,逐漸采用煙氣中O2含量或O2含量和CO含量相結(jié)合的方法來(lái)控制燃燒效率。

提高燃燒效率最直接的方法就是使用煙氣分析儀器(如煙氣分析儀、燃燒效率測(cè)定儀、氧化鋯氧含量檢測(cè)儀)連續(xù)監(jiān)測(cè)煙道氣體成分,分析煙氣中O2含量和CO含量,調(diào)節(jié)助燃空氣和燃料的流量,確定較佳的空氣消耗系數(shù)。

測(cè)量煙氣中含氧量的儀表稱為氧分析儀(氧量計(jì))。常用的氧分析儀主要有熱磁式和氧化鋯氧量分析儀兩種。

熱磁式氧分析儀

其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來(lái)測(cè)定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場(chǎng)所吸引的稱為順磁性氣體),在不均勻磁場(chǎng)中受到吸引而流向磁場(chǎng)較強(qiáng)處。在該處設(shè)有加熱絲,使此處氧的溫度升高而磁化率下降,因而磁場(chǎng)吸引力減小,受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場(chǎng),由此造成"熱磁對(duì)流"或"磁風(fēng)"現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下,通過(guò)測(cè)量磁風(fēng)大小就可測(cè)得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個(gè)橋臂電阻,又作為加熱電阻絲,在磁風(fēng)的作用下出現(xiàn)溫度梯度,即進(jìn)氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同,輸出相應(yīng)的電壓值。

熱磁式氧分析儀雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造和調(diào)整等優(yōu)點(diǎn),但由于其反應(yīng)速度慢、測(cè)量誤差大、容易發(fā)生測(cè)量環(huán)室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴(yán)重等缺點(diǎn),已逐漸被氧化鋯氧分析儀所取代。

氧化鋯傳感器式氧分析儀

氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷,一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體,當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí),晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w,同時(shí)約有7%的體積收縮;當(dāng)溫度降低時(shí),又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻,ZrO2就會(huì)破裂。因此,純凈的ZrO2不能用作測(cè)量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩(wěn)定劑,再經(jīng)過(guò)高溫焙燒,則變?yōu)榉€(wěn)定的氧化鋯材料,這時(shí),四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換,同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴,所以ZrO2屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO2主要通過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電,當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí),ZrO2就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。

在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結(jié)一個(gè)鉑電極,當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí),氧分壓高的一側(cè)的氧以離子形式向氧分壓低的一側(cè)遷移,結(jié)果使氧分壓高的一側(cè)鉑電極失去電子顯正電,而氧分壓低的一側(cè)鉑電極得到電子顯負(fù)電,因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)。此電勢(shì)在溫度一定時(shí)只與兩側(cè)氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關(guān)。若一側(cè)氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數(shù)),則另一側(cè)氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢(shì)表示,測(cè)出氧濃差電勢(shì),便可知道煙氣中氧氣含量。

氧化鋯氧分析儀具有結(jié)構(gòu)和采樣預(yù)處理系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、靈敏度和分辨率高、測(cè)量范圍寬、響應(yīng)速度較快等優(yōu)點(diǎn)。

煙氣分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,例如:

熱電廠循環(huán)流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監(jiān)測(cè);
鋼鐵廠軋鋼加熱爐用于解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時(shí)的爐氣氣氛檢測(cè);
全氫熱處理爐用于檢測(cè)輻射管是否燒穿漏氣;
研制新型燃燒器(蓄熱式、低NOX式、輻射管式)時(shí)用于燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)研究;
汽車(chē)尾氣排放檢測(cè);
其他工業(yè)窯爐及垃圾焚燒爐煙氣監(jiān)測(cè)。

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