加热炉是冶金工业过程中一个复杂的热工设备,如何提高加热炉的燃烧效率是冶金领域亟待解决的问题。合理的空燃比是提高加热炉燃烧效率的重要参数,但在现场无法直接测出空燃比,通常都是通过对加热炉残氧含量的检测来调节空燃比。因此,残氧含量的精确测量对于提高生产运行效率和质量有着重要作用。氧化锆式氧分析仪以其特有的反应机理,能监测出高粉尘、高温和混合气体中的氧含量,并且广泛应用于各种加热炉的氧含量测量。目前,国内氧分析仪的研制相对国外有些缺点,具体表现为:测量精度不高、传感器工作不稳定和寿命短等,因此在国内研制具有高精度、高性能、高可靠性的氧化锆气体氧分析仪具有研究意义,成功实现能够带来可观的经济效益和显著的社会效益。本文总体研究分为如下两部分:第一部分通过对氧化锆探头的测氧原理分析得出,测氧方程的改进和探头工作温度的恒定控制是提高检测精度的关键技术。基于此本文提出对测氧方程进行仪表化处理和一种分段增量式PID控制算法并应用于残氧含量检测系统中,有效的提高了测量精度和系统稳定性。本系统运用Altium Designer软件设计了系统的硬件电路和PCB板,使用MPLAB IDE编写完成了系统的ARM软件程序,通过基于STM32F405RG作为核心控制器件的电路设计、信号调理和线性化处理等手段提高了残氧浓度检测系统的抗干扰能力和检测精度。通过现场应用,完全满足残氧含量检测对精度和稳定性的要求。第二部分通过基于现场的反馈,发现传统的氧化锆测氧传感器在恶劣的环境下寿命较短,因此提出利用软测量技术与传统仪器共同检测残氧含量的想法。本文采用的软测量方法是通过鲸鱼算法优化LSSVM参数之后,再对加热炉中残氧含量进行预测。通过对加热炉工艺的分析选取辅助变量,然后利用灰色关联度再对辅助变量进行筛选,最终,作为模型的输入进行训练,实现对残氧浓度的预测。通过实验证明,认为这种想法具有很大的研究价值和现实意义。