氧传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种氧传感器，包括：氧探头（1），其由两块二氧化锆板构成，在二氧化锆板引出有电极；探头加热模块（4）为氧探头（1）加热；内部供电模块（3）为探头加热模块（4）提供电源；信号放大器（5）连接到所述氧探头（1）的一个电极；离子泵（7）连接到氧探头（1）的另一个电极；逻辑检测模块（6）连接在信号放大器（5）和离子泵（7）之间；用于测量所述氧电势的单片机（8），单片机（8）连接到所述逻辑监测模块（6）；氧探头（1）、信号放大器（5）、逻辑监测模块（6）和离子泵（7）形成负反馈回路。本实用新型专利技术氧传感器，工作过程中无需参比气且具有故障监测功能，有效的解决了现有氧传感器的技术缺陷。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
氧传感器
本技术涉及气体感知领域，具体涉及一种氧传感器装置。
技术介绍
氧浓度的检测随着社会的发展，占据越来越重要的地位，在环境检测领域、产品检测领域、医疗生命科学领域都需要进行氧浓度的检测。目前广泛使用的氧传感器是浓差型氧化锆氧传感器，主要采用管式结构，该氧传感器内部有陶瓷感测头、电极垫片、压缩弹簧及信号导线等元件锁组成，存在机器设备应用范围窄，成本昂贵，成型速度慢，模具成本与附属周边设备维修保养不易且成本高，使用寿命短等缺点。人们对环保意识的提高，意识到汽车排放污染物对大气层的破坏，人们对氧传感器的成本、灵敏度和激活速度提出了更高的要求。
技术实现思路
针对上述问题，通过多年的研究，本技术提供一种氧传感器，该氧传感器应用范围广、工作寿命长、工作过程中无需参比气且具有故障监测功能，有效的解决了现有氧传感器的技术缺陷。一种氧传感器，包括:氧探头1，其由两块二氧化锆板构成，其中在二氧化锆板引出有电极；探头加热模块4，其为氧探头I加热；内部供电模块3，其为探头加热模块4提供电源；用于对所述电极的氧电势进行放大的信号放大器5，其连接到所述氧探头I的一个电极；离子泵7，其连接到所述氧探头I的另一个电极；逻辑检测模块6，其连接在所述信号放大器5和所述离子泵7之间；用于测量所述氧电势的单片机8，所述单片机8连接到所述逻辑监测模块6 ;其中，氧探头1、信号放大器5、逻辑监测模块6和离子泵7形成负反馈回路。优选地，所述氧传感器，还包括:基座2，其为不锈钢底盘；探杆11，其一端与基座2通过金属O型圈和锁紧螺母连接，另一端与氧探头3通过机械方式连接。优选地，所述氧传感器，还包括:数码管显示模块9，其由显示器接口芯片8279和驱动电路组成，数码管显示模块9连接到所述单片机8的输出模拟电流信号的信道。优选地，所述氧传感器，还包括:电压电流输出模块10，其连接到所述单片机8的输出电压交变数字信号值或电流交变数字信号值的信道。优选地，所述氧传感器，还包括:RS485总线通讯模块12，其连接到所述单片机8。优选地，所述氧传感器，还包括:温度控制器15，其采用LM25576实现。优选地，所述氧传感器，逻辑检测模块6，集成了高精度小信号放大器、光电耦合器组件，且输入、输出以及电源三隔离。优选地，所述氧传感器，探杆11的长度根据被测氧量空间的大小设定，安装时向下倾斜15度。同现有技术相比，本技术提供的技术方案，具有以下优点:1、本技术氧传感器在工作过程中无需参比气，特别适合使用在工业燃烧炉的自动化控制中和对于不易接近或封闭的系统(风道，容器等)中的氧气含量的测量，被测混合气体温度上限可达250°C。2、本技术氧传感器具有故障监测功能，无需使用额外的氧气传感器来保证可靠性。可以同时监测使用过程中自身的工作状态，报告电气线路和传感器的故障。测试数据的分析与处理通过一个由用户后置的设备来完成，该设备取决于用户的技术说明。(如:燃料控制，显示，测量仪表，可编程逻辑控制器PLC，通风系统等)。3、本技术氧传感器不需要专门人员和标准气体，在大气条件下即可自动完成校准。4、本技术氧传感器在测量过程无需化学介质，使用寿命长于电化学传感器。5、本技术氧传感器原始测量的是混合气体的氧气分压，但通过校准，可以轻松的将输出转换为氧气的体积浓度。【附图说明】图1是本技术氧传感器结构图；图2是一种氧传感器的原理图；图31是一种氧传感器正视图；图32是一种氧传感器正俯视图。附图标记I氧探头2 基座3内部供电模块4探头加热模块5信号放大器6逻辑检测模块7离子泵8单片机9数码管显示模块10电压电流输出模块11 探杆12 RS485总线通讯模块13测试模块14脉冲、故障报警输出模块15温度控制器16焊接座17防水器。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细描述，但不作为对本技术的限定。如图1所示，一种氧传感器，用于测定混合气体中的氧气含量，核心部件是一个以二氧化锆(Zr02)为基础的动态氧气传感器，它以两块二氧化锆板形成的一个密闭空腔的动态过程作为测量基础，内部供电模块3上电后产生系统内部的工作电压，为氧探头4加热，经过一定时间的上电预热，氧探头4中的二氧化锆在达到700°C的工作温度后，二氧化锆增加活跃氧离子，二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应和氧离子的迁移，这时通过二氧化锆两侧的引出电极，测到稳定的毫伏级信号，即氧电势。氧传感器独特的双锆盘结构，使氧探头4、信号放大器5、逻辑监测模块6和离子泵7形成稳定的负反馈回路，当温度达到700°C且稳定时，负反馈的脉冲输出信号的周期时间，与氧量成线性正比。单片机8采集输入信号及形成控制输入信号，利用PWM输出实现D/A变换，输出的模拟电流信号(Kl信道)、0-10V电压交变信号值或4-20m的电流交变数字信号值(K2信道)；RS485总线通讯模块12，其完成氧量传输，以软件命令的方式替代完成测试、自动校准和故障报警等硬件功能，极大的简化了后端设备的使用。。探杆11 一端与基座2通过金属O型圈和锁紧螺母连接，另一端与氧探头3通过机械方式连接。测试模块13，外部输入TEST测试信号，测试模块13改变离子泵回路电流，从而模拟了氧量的改变，用以测试系统的工作状态是否反应良好，当Ki信道交变数字信号的相位值持续为5V (高相位)或者OV (低相位)，低相位的长度是氧浓度的量度，或者高相位低相位之和超出了 0.2s-4s的时间窗，或者Kl信道与K2信道的输出值差值> 4%时，此时传感器故障，输出总保持OV则是硬件故障，否则氧传感器运行正常；脉冲、故障报警输出模块14，其上设置报警显示灯及校准键，当传感器故障，提供给氧传感器大气环境的空气至少30秒，短接K2信道与功率地10秒，氧传感器将进行自校准或者手动按下并保持复位键，直到输出接近要求值的±20%偏差范围内，进行手动校准。如果新测量到的氧含量值在10%的误差范围内，信道Kl继续输出一个交变的输出信号。如果电源中断出现，则新的校准值仍会被保存。氧传感器采用复用的七插脚连接器及七芯现场电缆线连接下游单元。根据测试、校准和故障报警功能的后端连接方式不同，分为数字、串口两种工作模式，相应引脚定义如下表。模拟信号输出可以通过内部跳线选择O?IOV电压信号或4?20mA电流信号。串口工作模式主要推荐RS485总线工作模式。UART是单片机的串口不经过RS485芯片的直接输出，两者在软件上的使用是相同的，所有操作均为半双工模式。外壳上的按键，直接连接内部的校准输入端，方便用户执行校准功能。对于常规使用，传感器通过Pinl、Pin2和Pin7连接供电电源。测量值通过Pin3和Pin5 (4?20mA/0?10V)或者Pin4和Pin6 (RS485总线)输出到测量仪器仪表，显示或PLC等设备上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧传感器，其特征在于，包括：氧探头（1），其由两块二氧化锆板构成，其中在二氧化锆板引出有电极； 探头加热模块（4），其为氧探头（1）加热；内部供电模块（3），其为探头加热模块（4）提供电源；用于对所述电极的氧电势进行放大的信号放大器（5），其连接到所述氧探头（1）的一个电极；离子泵（7），其连接到所述氧探头（1）的另一个电极；逻辑检测模块（6），其连接在所述信号放大器（5）和所述离子泵（7）之间；用于测量所述氧电势的单片机（8），所述单片机（8）连接到所述逻辑监测模块（6）；其中，氧探头（1）、信号放大器（5）、逻辑监测模块（6）和离子泵（7）形成负反馈回路。 2.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括：基座（2），其为不锈钢底盘；探杆（11），其一端与基座（2）通过金属O型圈和锁紧螺母连接，另一端与氧探头（3）通过机械方式连接。 3.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括：数码管显示模块（9），其由显示器接口芯片8279和驱动电路组成，数码管显示模块（9）连接到所述单片机（8）的输出模拟电流信号的信道。 4.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括：电压电流输出模块（10），其连接到所述单片机（8）的输出电压交变数字信号值或电流交变数字信号值的信道。 5.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括：RS485总线通讯模块（12），其连接到所述单片机（8）。 6.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括：温度控制器（15），其采用LM25576实现。 7.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，所述逻辑检测模块（6），集成了高精度小信号放大器、光电耦合器组件，且输入、输出以及电源三隔离。 8.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，所述探杆（11）的长度根据被测氧量空间的大小设定，安装时向下倾斜15度。...

【技术特征摘要】
1.一种氧传感器，其特征在于，包括: 氧探头(I)，其由两块二氧化锆板构成，其中在二氧化锆板弓丨出有电极； 探头加热模块(4)，其为氧探头(I)加热； 内部供电模块(3)，其为探头加热模块(4)提供电源； 用于对所述电极的氧电势进行放大的信号放大器(5)，其连接到所述氧探头(I)的一个电极； 离子泵(7)，其连接到所述氧探头(I)的另一个电极； 逻辑检测模块(6 )，其连接在所述信号放大器(5 )和所述离子泵(7 )之间； 用于测量所述氧电势的单片机(8)，所述单片机(8)连接到所述逻辑监测模块(6)； 其中，氧探头(I)、信号放大器(5)、逻辑监测模块(6)和离子泵(7)形成负反馈回路。2.根据权利要求1所述氧传感器，其特征在于，还包括: 基座(2)，其为不锈钢底盘； 探杆(11)，其一端与基座(2)通过金属O型圈和锁紧螺母连接，另一端与氧探头(3)通过机械方式连接。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨美云，陈钢，
申请(专利权)人：北京中电嘉泰科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11