[发明专利]用于工业生产过程的气体含氧量分析仪

说明书

本发明总体上涉及氧传感器，特别涉及用于苛刻环境中的一种新颖而实用的传感器。

美国专利Mo.5,037,761(“761专利”)描述了在工业生产过程分析仪里用于检测氧的一种自动化氧传感器的应用。

天然气燃烧过程中测量氧气浓度的氧传感器的应用已为人知。将这样的传感器用于煤或其它不纯燃料的燃烧过程时，因SO₂、NO_x及其它燃烧副产物而产生测量精度误差。SO₂、NO_x及其它燃烧副产物会污染氧传感器的敏感元件，导致刻度偏移、量程减小(多达35％)和其它问题。

为尽可能减少上述问题，可行的做法是提高传感器的工作温度。升提传感器工作温度的方法之一是增加加到传感器内加热器上的电压。电压升高虽可使上述问题极大地减少，但会急剧地缩短加热器的使用寿命，因此，采用既能提高传感器的工作温度，又不缩短加热器寿命的方法来改进氧传感器，才是令人满意的。

如果一个工业生产过程是个可燃烧的工艺过程，那么在这种工业生产过程分析器中使用已有技术的氧传感器会引起不希望有的回火现象。所以，氧传感器的改进，除考虑提高其工作温度而不损害其加热器的寿命外，还应使之具有抑制火花的功能，以防止回火。

根据本发明，自动化氧传感器的改进是弃其较厚的保护屏罩，代之以极薄的保护屏罩。此薄屏罩带有设定数量小孔，以控制气体进入传感器的扩散速度；在薄屏罩里面填装一定重量和密度的陶瓷保温材料，以提高传感器外表面的温度，薄屏罩有利于维持由传感器内的加热器提供的热量，从而有助于提高传感器外表面的工作温度。

我们已发现，上述改进能有效地防止传感器刻度偏移(偏离)，同时保持其较宽的量程和较长使用寿命。这些改进使传感器的输出稳定，并减少了由SO₂、NO_x及其它燃烧副产物引起的误差。我们相信，这些改进还能起到反闪捕捉器的功能，在易燃生产过程中防止回火。

因此，本发明的一个目的是提供一种工业生产中气体氧含量分析仪，此分析仪由一个在分析腔里装有敏感元件的自动化氧传感器组成，自动化氧传感器配有敏感元件组件及电加热装置。改进包括：保温或不保温的多孔薄壁屏罩，它构成氧传感器组件的外壁；与上述薄壁屏罩内壁有间隔，并与自动化氧传感器相连的敏感元件，从而避免了在工业生产中由SO₂、NO_x及其它燃烧副产物引起的刻度偏移。改进还包括在上述薄屏罩内及敏感元件周围设置保温材料。

本发明的另一目的是实现了对氧传感器的替换改进，即应用任何具有或不具有保温多孔材料如陶瓷，使敏感元件得以保护，从而避免了刻度偏移。

表征本发明的新颖性的各种特点详述于后附的权利要求中，并形成本发明说明的一部分。为更好地理解本发明及其使用优点，以及通过应用获得的特殊功效，下面给出供理解参考的示意图及体现本发明特色的附加说明。

图1是一个与配套电源相连的自动化氧传感器在工业生产中进行气体里含氧量分析的应用示意图。

图2是自动化氧传感器局部剖开的侧视图。

图3是本发明中的敏感部件的薄壁屏罩切去一部分的俯视图。

图4是切去一部分的薄壁屏罩的侧视图。

图5是陶瓷屏罩的侧视图。

图6是陶瓷屏罩的俯视图。

图1是应用自动化氧传感器20分析工业生产中含氧量的系统10的示意图，此图与“761专利”的图1相同。在系统10中，气样通过试样探针12从被监测的工业生产过程中抽取，抽样一般是通过使用系统10中的一个受气动控制的抽吸器(图中未画出)来完成的。气样直接经过分析腔16里的通道14，穿过自动化氧传感器20的敏感件而被消耗，再回流入工业生产过程中的气流内。分析腔16的温度基本恒定地控制在气体的露点以上，一般为300°-400°F(159°-204℃)，此受控的分析腔的温度为自动化氧传感器20提供了基本恒定的温度环境。

分析腔16由加热器22加热，温度敏感元件24与温控电路26相连，该电路供给加热器22电压。自动化氧传感器20中的完整加热装置(图中未画出)与电源30相连，该电源通过手控调节供给自动化氧传感器20中的敏感部件18的所需工作温度。对于“761专利”中氧传感器的一般使用环境，敏感元件18的工作温度范围约为1300°-1400°F(704°-760℃)。有关分析仪操作的其它细节参见被作为参考文献引用的“761专利”所揭示的内容。