极限电流氧传感器用于CEMS烟气湿度测量

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烟气在线连续监测系统(CEMS)基于干烟气的条件对烟气中污染物进行量化计算。但工业排放的烟气并不是理想的干烟气，总是含有一定的水分，所以烟气湿度成为烟气污染源监测中的一个必测因子，其测量的准确度直接关系到污染物排放总量、浓度计算及烟气净化系统效率的评估。

根据我国《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-1996)和《固定源废气监测技术规范》(HJ/T397-2007)，排气中水分含量应根据不同的测量对象选用冷凝法、重量法或干湿球法中的一种方法测定。

冷凝法和重量法需在烟道内抽取一定体积的排气，使之通过冷凝器或装有干燥剂的吸湿器，间接测量排气中的水分含量。

干湿球法则根据非饱和的气体中含湿量与干湿球温差之间存在函数关系，通过测量干球温度和湿球温度确定气体含湿量。

以上三种方法在实际采样中都不很理想。重量法、冷凝法虽然测量精度高，但测试复杂，测试条件要求高，测试时间长，适用于测量度要求较高的执法监督测量。干湿球法测试简单，但在烟气温度过高(260℃，烟囱出口的烟气温度要求60-80℃)、烟气流速过高或过低、含高浓度的颗粒物、排放酸性气体的工况，不能用其进行测量。因此，干湿球法通常用于大气湿度测量。此外，冷凝法、重量法及干湿球法均为手工测量，无法满足烟气水分动态在线测量的要求。

由于基于高温固态电解质氧化锆基础上的极限电流型氧传感器可以实现高温环境下氧气浓度的测量，已被大量应用在汽车尾气、锅炉烟气等高温、恶劣环境中氧含量的测量。为了提高测量精度，人们研究了高温共存气体中水蒸气对该氧传感器的影响，发现了湿度大小与传感器输出信号存在一定的关联，为我们提供了一种高温湿度的测量方式。

干湿氧法是目前烟气温度在线测量的主要方法，通过极限电流氧传感器测定烟道的湿氧含量和在经脱水后的干氧含量，根据标准换算方法可得到烟气湿度，具有操作简便、无需温度稳定的优势。独特的耐温设计，可在350℃高温高湿环境下实现长期在线气体的测量；具有耐高温，测量精度高，耐弱酸，抗干扰能力强，响应速度快及性能稳定可靠等特点，广泛应用于如火电厂、化工厂、钢铁厂烟气的脱硫脱硝前后高温环境下水蒸气含量的测量分析。

工采网代理的奥地利Sensore极限电流氧化锆氧传感器SO-E2-960，其测量机理：由于在氧化锆国体电解质中电流的载体是氧离子，所以向氧化锆电解槽内施加电压时， 透过氧化 锆固体电解质，氧气从负极被泵到正极。如果给电解槽负极加上一个带孔的盖子，氧气流向负极的速率会受到限制。受到这个速率的限制，随着施加在正负极的电压逐渐提高，回路的电流也会达到饱和状态。这个饱和电流值被称为极限电流，它与待测气体环境的含氧含量成正比。该极限电流氧传感器具有以下优点：

A) 测量范围广，可测量氧气浓度范围： 0.1%~96%；

b) 精度高，使用寿命长；

c) 多款型号呈现线性特征；

d) 传感信号对温度依赖程度低；

e) 不易与其他气体冲突；

f) 仅需一次单一点校准。

极限电流型氧化锆氧传感器的输出特征公式性能参数：

1) 输出特征公式： Is(O2)=-k*ln(1-[O2]/100)，其中 Is(O2)表示传感器测量电流，单位为微安，[O2]表示氧气浓度百分比， k 表示传感器特定常量

2) 输出信号级别：微安级；

3) 精确度：不超过测量范围的 1%；

4) 传感器电压：0.7～1.6 伏；

5) 加热电压：3.6～4.4 伏（1.3～1.8 瓦，取决于应用和封装）；

6) 预热时间：约 2 分钟；

7) 封装内最高温度：约 250℃（室温下测量）；

8) 最高周边温度：350℃