氧傳感器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)提供一種氧傳感器，包括：氧探頭（1），其由兩塊二氧化鋯板構(gòu)成，在二氧化鋯板引出有電極；探頭加熱模塊（4）為氧探頭（1）加熱；內(nèi)部供電模塊（3）為探頭加熱模塊（4）提供電源；信號放大器（5）連接到所述氧探頭（1）的一個電極；離子泵（7）連接到氧探頭（1）的另一個電極；邏輯檢測模塊（6）連接在信號放大器（5）和離子泵（7）之間；用于測量所述氧電勢的單片機(jī)（8），單片機(jī)（8）連接到所述邏輯監(jiān)測模塊（6）；氧探頭（1）、信號放大器（5）、邏輯監(jiān)測模塊（6）和離子泵（7）形成負(fù)反饋回路。本實(shí)用新型專利技術(shù)氧傳感器，工作過程中無需參比氣且具有故障監(jiān)測功能，有效的解決了現(xiàn)有氧傳感器的技術(shù)缺陷。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
氧傳感器
本技術(shù)涉及氣體感知領(lǐng)域，具體涉及一種氧傳感器裝置。
技術(shù)介紹
氧濃度的檢測隨著社會的發(fā)展，占據(jù)越來越重要的地位，在環(huán)境檢測領(lǐng)域、產(chǎn)品檢測領(lǐng)域、醫(yī)療生命科學(xué)領(lǐng)域都需要進(jìn)行氧濃度的檢測。目前廣泛使用的氧傳感器是濃差型氧化鋯氧傳感器，主要采用管式結(jié)構(gòu)，該氧傳感器內(nèi)部有陶瓷感測頭、電極墊片、壓縮彈簧及信號導(dǎo)線等元件鎖組成，存在機(jī)器設(shè)備應(yīng)用范圍窄，成本昂貴，成型速度慢，模具成本與附屬周邊設(shè)備維修保養(yǎng)不易且成本高，使用壽命短等缺點(diǎn)。人們對環(huán)保意識的提高，意識到汽車排放污染物對大氣層的破壞，人們對氧傳感器的成本、靈敏度和激活速度提出了更高的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述問題，通過多年的研究，本技術(shù)提供一種氧傳感器，該氧傳感器應(yīng)用范圍廣、工作壽命長、工作過程中無需參比氣且具有故障監(jiān)測功能，有效的解決了現(xiàn)有氧傳感器的技術(shù)缺陷。一種氧傳感器，包括:氧探頭1，其由兩塊二氧化鋯板構(gòu)成，其中在二氧化鋯板引出有電極；探頭加熱模塊4，其為氧探頭I加熱；內(nèi)部供電模塊3，其為探頭加熱模塊4提供電源；用于對所述電極的氧電勢進(jìn)行放大的信號放大器5，其連接到所述氧探頭I的一個電極；離子泵7，其連接到所述氧探頭I的另一個電極；邏輯檢測模塊6，其連接在所述信號放大器5和所述離子泵7之間；用于測量所述氧電勢的單片機(jī)8，所述單片機(jī)8連接到所述邏輯監(jiān)測模塊6 ;其中，氧探頭1、信號放大器5、邏輯監(jiān)測模塊6和離子泵7形成負(fù)反饋回路。優(yōu)選地，所述氧傳感器，還包括:基座2，其為不銹鋼底盤；探桿11，其一端與基座2通過金屬O型圈和鎖緊螺母連接，另一端與氧探頭3通過機(jī)械方式連接。優(yōu)選地，所述氧傳感器，還包括:數(shù)碼管顯示模塊9，其由顯示器接口芯片8279和驅(qū)動電路組成，數(shù)碼管顯示模塊9連接到所述單片機(jī)8的輸出模擬電流信號的信道。優(yōu)選地，所述氧傳感器，還包括:電壓電流輸出模塊10，其連接到所述單片機(jī)8的輸出電壓交變數(shù)字信號值或電流交變數(shù)字信號值的信道。優(yōu)選地，所述氧傳感器，還包括:RS485總線通訊模塊12，其連接到所述單片機(jī)8。優(yōu)選地，所述氧傳感器，還包括:溫度控制器15，其采用LM25576實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所述氧傳感器，邏輯檢測模塊6，集成了高精度小信號放大器、光電耦合器組件，且輸入、輸出以及電源三隔離。優(yōu)選地，所述氧傳感器，探桿11的長度根據(jù)被測氧量空間的大小設(shè)定，安裝時向下傾斜15度。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)提供的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本技術(shù)氧傳感器在工作過程中無需參比氣，特別適合使用在工業(yè)燃燒爐的自動化控制中和對于不易接近或封閉的系統(tǒng)(風(fēng)道，容器等)中的氧氣含量的測量，被測混合氣體溫度上限可達(dá)250°C。2、本技術(shù)氧傳感器具有故障監(jiān)測功能，無需使用額外的氧氣傳感器來保證可靠性?？梢酝瑫r監(jiān)測使用過程中自身的工作狀態(tài)，報(bào)告電氣線路和傳感器的故障。測試數(shù)據(jù)的分析與處理通過一個由用戶后置的設(shè)備來完成，該設(shè)備取決于用戶的技術(shù)說明。(如:燃料控制，顯示，測量儀表，可編程邏輯控制器PLC，通風(fēng)系統(tǒng)等)。3、本技術(shù)氧傳感器不需要專門人員和標(biāo)準(zhǔn)氣體，在大氣條件下即可自動完成校準(zhǔn)。4、本技術(shù)氧傳感器在測量過程無需化學(xué)介質(zhì)，使用壽命長于電化學(xué)傳感器。5、本技術(shù)氧傳感器原始測量的是混合氣體的氧氣分壓，但通過校準(zhǔn)，可以輕松的將輸出轉(zhuǎn)換為氧氣的體積濃度。【附圖說明】圖1是本技術(shù)氧傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖2是一種氧傳感器的原理圖；圖31是一種氧傳感器正視圖；圖32是一種氧傳感器正俯視圖。附圖標(biāo)記I氧探頭2 基座3內(nèi)部供電模塊4探頭加熱模塊5信號放大器6邏輯檢測模塊7離子泵8單片機(jī)9數(shù)碼管顯示模塊10電壓電流輸出模塊11 探桿12 RS485總線通訊模塊13測試模塊14脈沖、故障報(bào)警輸出模塊15溫度控制器16焊接座17防水器?！揪唧w實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本技術(shù)的限定。如圖1所示，一種氧傳感器，用于測定混合氣體中的氧氣含量，核心部件是一個以二氧化鋯(Zr02)為基礎(chǔ)的動態(tài)氧氣傳感器，它以兩塊二氧化鋯板形成的一個密閉空腔的動態(tài)過程作為測量基礎(chǔ)，內(nèi)部供電模塊3上電后產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)部的工作電壓，為氧探頭4加熱，經(jīng)過一定時間的上電預(yù)熱，氧探頭4中的二氧化鋯在達(dá)到700°C的工作溫度后，二氧化鋯增加活躍氧離子，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應(yīng)和氧離子的遷移，這時通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，測到穩(wěn)定的毫伏級信號，即氧電勢。氧傳感器獨(dú)特的雙鋯盤結(jié)構(gòu)，使氧探頭4、信號放大器5、邏輯監(jiān)測模塊6和離子泵7形成穩(wěn)定的負(fù)反饋回路，當(dāng)溫度達(dá)到700°C且穩(wěn)定時，負(fù)反饋的脈沖輸出信號的周期時間，與氧量成線性正比。單片機(jī)8采集輸入信號及形成控制輸入信號，利用PWM輸出實(shí)現(xiàn)D/A變換，輸出的模擬電流信號(Kl信道)、0-10V電壓交變信號值或4-20m的電流交變數(shù)字信號值(K2信道)；RS485總線通訊模塊12，其完成氧量傳輸，以軟件命令的方式替代完成測試、自動校準(zhǔn)和故障報(bào)警等硬件功能，極大的簡化了后端設(shè)備的使用。。探桿11 一端與基座2通過金屬O型圈和鎖緊螺母連接，另一端與氧探頭3通過機(jī)械方式連接。測試模塊13，外部輸入TEST測試信號，測試模塊13改變離子泵回路電流，從而模擬了氧量的改變，用以測試系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否反應(yīng)良好，當(dāng)Ki信道交變數(shù)字信號的相位值持續(xù)為5V (高相位)或者OV (低相位)，低相位的長度是氧濃度的量度，或者高相位低相位之和超出了 0.2s-4s的時間窗，或者Kl信道與K2信道的輸出值差值> 4%時，此時傳感器故障，輸出總保持OV則是硬件故障，否則氧傳感器運(yùn)行正常；脈沖、故障報(bào)警輸出模塊14，其上設(shè)置報(bào)警顯示燈及校準(zhǔn)鍵，當(dāng)傳感器故障，提供給氧傳感器大氣環(huán)境的空氣至少30秒，短接K2信道與功率地10秒，氧傳感器將進(jìn)行自校準(zhǔn)或者手動按下并保持復(fù)位鍵，直到輸出接近要求值的±20%偏差范圍內(nèi)，進(jìn)行手動校準(zhǔn)。如果新測量到的氧含量值在10%的誤差范圍內(nèi)，信道Kl繼續(xù)輸出一個交變的輸出信號。如果電源中斷出現(xiàn)，則新的校準(zhǔn)值仍會被保存。氧傳感器采用復(fù)用的七插腳連接器及七芯現(xiàn)場電纜線連接下游單元。根據(jù)測試、校準(zhǔn)和故障報(bào)警功能的后端連接方式不同，分為數(shù)字、串口兩種工作模式，相應(yīng)引腳定義如下表。模擬信號輸出可以通過內(nèi)部跳線選擇O?IOV電壓信號或4?20mA電流信號。串口工作模式主要推薦RS485總線工作模式。UART是單片機(jī)的串口不經(jīng)過RS485芯片的直接輸出，兩者在軟件上的使用是相同的，所有操作均為半雙工模式。外殼上的按鍵，直接連接內(nèi)部的校準(zhǔn)輸入端，方便用戶執(zhí)行校準(zhǔn)功能。對于常規(guī)使用，傳感器通過Pinl、Pin2和Pin7連接供電電源。測量值通過Pin3和Pin5 (4?20mA/0?10V)或者Pin4和Pin6 (RS485總線)輸出到測量儀器儀表，顯示或PLC等設(shè)備上。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氧傳感器，其特征在于，包括：氧探頭（1），其由兩塊二氧化鋯板構(gòu)成，其中在二氧化鋯板引出有電極；?探頭加熱模塊（4），其為氧探頭（1）加熱；內(nèi)部供電模塊（3），其為探頭加熱模塊（4）提供電源；用于對所述電極的氧電勢進(jìn)行放大的信號放大器（5），其連接到所述氧探頭（1）的一個電極；離子泵（7），其連接到所述氧探頭（1）的另一個電極；邏輯檢測模塊（6），其連接在所述信號放大器（5）和所述離子泵（7）之間；用于測量所述氧電勢的單片機(jī)（8），所述單片機(jī)（8）連接到所述邏輯監(jiān)測模塊（6）；其中，氧探頭（1）、信號放大器（5）、邏輯監(jiān)測模塊（6）和離子泵（7）形成負(fù)反饋回路。?2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括：基座（2），其為不銹鋼底盤；探桿（11），其一端與基座（2）通過金屬O型圈和鎖緊螺母連接，另一端與氧探頭（3）通過機(jī)械方式連接。?3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括：數(shù)碼管顯示模塊（9），其由顯示器接口芯片8279和驅(qū)動電路組成，數(shù)碼管顯示模塊（9）連接到所述單片機(jī)（8）的輸出模擬電流信號的信道。?4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括：電壓電流輸出模塊（10），其連接到所述單片機(jī)（8）的輸出電壓交變數(shù)字信號值或電流交變數(shù)字信號值的信道。?5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括：RS485總線通訊模塊（12），其連接到所述單片機(jī)（8）。?6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括：溫度控制器（15），其采用LM25576實(shí)現(xiàn)。?7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，所述邏輯檢測模塊（6），集成了高精度小信號放大器、光電耦合器組件，且輸入、輸出以及電源三隔離。?8.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，所述探桿（11）的長度根據(jù)被測氧量空間的大小設(shè)定，安裝時向下傾斜15度。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧傳感器，其特征在于，包括: 氧探頭(I)，其由兩塊二氧化鋯板構(gòu)成，其中在二氧化鋯板弓丨出有電極； 探頭加熱模塊(4)，其為氧探頭(I)加熱； 內(nèi)部供電模塊(3)，其為探頭加熱模塊(4)提供電源； 用于對所述電極的氧電勢進(jìn)行放大的信號放大器(5)，其連接到所述氧探頭(I)的一個電極； 離子泵(7)，其連接到所述氧探頭(I)的另一個電極； 邏輯檢測模塊(6 )，其連接在所述信號放大器(5 )和所述離子泵(7 )之間； 用于測量所述氧電勢的單片機(jī)(8)，所述單片機(jī)(8)連接到所述邏輯監(jiān)測模塊(6)； 其中，氧探頭(I)、信號放大器(5)、邏輯監(jiān)測模塊(6)和離子泵(7)形成負(fù)反饋回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧傳感器，其特征在于，還包括: 基座(2)，其為不銹鋼底盤； 探桿(11)，其一端與基座(2)通過金屬O型圈和鎖緊螺母連接，另一端與氧探頭(3)通過機(jī)械方式連接。3.根據(jù)權(quán)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊美云，陳鋼，
申請(專利權(quán))人：北京中電嘉泰科技有限公司，
類型：新型
國別省市：北京;11