[发明专利]氧感测探针/分析仪

说明书

背景技术

工业生产过程通常依赖于诸如燃烧产生蒸汽或原料液体热量的能源。一些燃烧过程涉及熔炉或锅炉的操作。虽然燃烧提供了相对低成本的能源，但是通常在这一过程中寻求燃烧效率最大化，因为所产生的排出该系统的烟气可能会受限于有关有害气体排放的规定。因此，燃烧过程管理行业的一个目标是使现有的熔炉和锅炉的燃烧效率最大化，从而从本质上减少温室气体或其他有害副产物的产生。可以通过维持来自燃烧过程的废气或烟气中氧气的理想水平来确保燃烧副产物的氧化，从而优化燃烧效率。

原位分析仪或进程内分析仪通常用于监测、优化和/或控制正在进行的燃烧过程。通常，这种分析仪采用被配置为加热并承受较高温度、并且在熔炉或锅炉燃烧区上方或附近直接操作的传感器。已知的过程燃烧分析仪通常使用氧化锆传感器，该氧化锆传感器被设置在直接插入烟气流中的探针的一端。当废气或烟气流入传感器时，它通过过滤器(通常称为扩散器)扩散到传感器附近。没有使用泵或其它引流(flow inducing)装置来将样品流引导至传感器，相反，气体通过扩散器过滤器而被动扩散。传感器提供与存在于气体中的氧含量相关的电信号。当扩散器允许扩散通过时，它还保护传感器免于与空气中固体或微粒的物理接触。

发明内容

提供一种探针气体分析系统。该探针气体分析系统包括被构造成暴露于过程气体源的探针主体。该探针气体分析系统还包括具有传感器单元的传感器单元组件，该传感器单元具有感应侧和参考侧。感应侧被设置成接触过程气体源，并且产生指示检测到的在参考侧和感应侧之间的氧浓度差的信号。该探针气体分析系统还包括将传感器单元组件联接至探针主体的基本永久的密封件，其中，该基本永久的密封件将参考侧与感应侧分开。

附图说明

图1是本发明的实施例特别适用的原位过程氧分析仪/变送器的示意图。

图2是本发明的实施例特别适用的燃烧氧变送器的示意性立体图。

图3是根据本发明的一个实施例的被焊接到传感器单元的探针主体的远端的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的用于将探针主体焊接到传感器单元的一个示例性方法的流程图。

具体实施方式

一些氧测量系统使用氧化锆传感器单元。氧化锆传感器单元通过检测传感器两侧(感应侧和参考侧)之间的氧浓度差来发挥作用。具有已知氧浓度的参考气体通常用于传感器的参考侧。对于某些应用，环境空气用作参考气体。传感器的另一侧处于需要进行氧测量的环境。该环境可以是例如燃烧系统的烟气或废气流。基于参考气体的已知浓度和参考侧与传感器侧之间的检测差值，可以计算被测环境中的氧含量。

传统的氧探针使用垫圈作为传感器的感应侧与参考侧之间的密封件。然而，垫圈具有一些已知的缺陷，当被用于氧感测探针时，成本增加并且存在故障风险。例如，垫圈可能起初泄漏和/或随着时间的推移而发生泄漏。由于垫圈相关泄漏的风险，依赖于垫圈基密封件的氧探针可能需要频繁的质量测试来检测在氧测量中由任何泄漏所引起的偏差，因为泄漏的垫圈可能导致错误的氧浓度差值测量，这是由于参考气体从参考侧泄漏至传感器的感应侧，反之亦然。

在至少一些装置中，垫圈还需要精度规格，这可能会增加初始安装和随时间推移更换或修理的总成本。即使市场上可用的最好的垫圈也不足以在传感器的使用寿命期间完全消除泄漏的风险。另外，当探针在实际处理(其中在处理侧与参考侧之间存在压差，这增加了垫圈基密封件中的泄漏发生的风险)中操作时，泄漏被放大。因此，即使是具有初始有效垫圈密封件的仪器也可能受到泄漏率对测量精度的限制。于是，使用垫圈作为密封件限制甚至阻止了这种探针在高精度应用中使用的能力。

存在于氧传感器探针结构中的垫圈基密封件的另外的限制是在生产环境中测试泄漏的过程可能是昂贵、复杂并且耗时的。因此，期望在传感器的感应侧与参考侧之间构造没有垫圈的氧化锆传感器单元，但是却具有足够的密封以确保泄漏风险降低。与市场上一些目前的垫圈基探针模型相比，还希望氧化锆传感器单元构造成本更低、制造更简单并且质量测试更简单。