1、毕业设计文献综述 电子信息工程 氧气测定仪的设计 前言 目前市面上氧气测定仪的种类非常多，国产的进口的，便携式固定式，从其原理上分析可分为：原电池式氧探测法，热磁式氧探测法，氧化锆式氧探测法，光纤式氧探测法，可调谐激光式氧探测法由于氧化锆氧传感器结构简单、灵敏度和分辨率高、测量范围宽、响应较快被普遍应用。 主题 所谓的氧化锆测氧法师相对与其他的方法来说的，具体有 原电池式氧探测法，热磁式氧探测法，光纤式氧探测法，可调谐激光式氧探测法。原电池法使用过程即为阳极的消耗过程，氧化能力很充足时输出非常平稳，氧化能力减 弱后输出稳定性减弱，因此在其输出稳定性保持方面还有待改进 1。热磁式反应速度慢、测量
2、误差大、容易发生测量环室堵塞和热敏元件腐蚀严重等缺点，使热磁式氧气传感器在火电厂的应用日渐减少，逐渐被氧化锆氧气传感器所取代 2。光纤式是一门新技术荧光寿命是荧光物质的本征参量，不易受其他因素影响 通过对荧光寿命的测定来测定氧的体积分数，可显著提高检测精度和抗干扰能力 8。但是荧光指示剂所产生的荧光的强度通常很弱，易受到干扰，不宜采用测量荧光强度变化的方法测量。可调谐激光式采用精细光谱吸收技术，所以传感器对氧气的测量不 受化学和干扰气体的影响，传感器具有较高的检测精度。通过在传感器中放置温度传感器，可以实现温度的在线补充，在保护窗口和聚焦透镜附近布置加热 电阻，可以防止结露现象的发生 9。但是
3、此传感器比较高端，具有很高的精度、稳定性、抗干扰和环境适应性 ，但这种氧传感器制造成本非常高，一般应用在对测量要求比较高的场合 9 化锆式氧探测仪结构简单、灵敏度和分辨率高、测量范围宽、响应较快。现主要应用于热处理炉的气温控制、工业锅炉的燃烧控制及汽车发动机的空气、 燃料比控制和废气排放控制等方面 3 。但传感元件内 部易产生热 应力；传感器制备工艺复杂、控制参数多；贵金属 Pt 作为 电极材料成本高 4 ，且工作温度较高、抗中毒能力较差；高温工作会促使可燃气体与氧气反应，导致测量误差 5。所以，降低氧化锆氧传感器的工作温度、传感器薄膜化以及采用微机械工艺等问题也越来越受到关注 ，向多功能化、
4、微型化、低成本等方向发展成为显著趋势6。 氧化锆式氧探测仪 通常由以下部分组成： 氧化锆氧含量传感器， MSP430 系列 16 位超低功耗单片机，放大器 AD620，热电偶测温补偿电路，加热温度控制电路，氧含量检测电路，模糊控制器。 一 氧化锆氧含量传感 器：氧化锆氧含量传感器是利用氧化锆浓差电势来测定被测气体氧含量的，其核心的氧化锆管安置在一个微型电炉内，位于整个传感器探头的顶端。 10 二 MSP430 系列 16 位超低功耗单片机： MSP430 系列 16 位超低功耗单片机小巧灵活，成本低，易于产品化，他能方便的组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。面向控制，能针对性的解决从
5、简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳新能价格比。抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠的工作，这是其他机型的单片机所无法比拟的。可以很方便的实现多机和分布式控制。使整 个系统的效率可可靠性大为提高。 11 三 放大器 AD620：放大器 AD620 为一个成本低，高精度的单片仪器放大器，是一个 8 脚 SO IC 塑封外形，其主要特点为 12 四 热电偶测温补偿电路：于氧量检测时要对氧化锆传感器进行 750。 C 恒温控制 ，所 以需要对氧化锆导管进行精确的温度检测 ，本系统选用 K 型热电偶作为温度传感器，并配以冷端补偿电路实现高精度测温。 13 五 加热温度控制电路 :
6、 单片机对传感器加热温度控制是通过 可控硅调功电路来实现的，如图 3 所示。双向可控硅和加热丝串接 80 110 V、 50 Hz交流电回路 中。在给定周期 T内，单片机只要改变可控硅的接通时间便可以改变加热丝功率，以达到调节温度的 目的。 六 氧含量检测电路 ：由氧化锆电池测氧的原理可知，根据检测到的氧电势信号可以得到氧浓度，而氧电池由于氧浓差产生的氧电势在 mV 级别，外界环境的干扰又比较大，因此，如何精确地检测传感器输出的微弱电压信号是电路设计的重要任务信号调理电路设计应重点考虑噪声、输入阻抗和共模抑制比等问题 14 七 模糊控制器：鉴于氧化锆氧传感器的温度控制特点，难建立控制对象的精确
7、数学模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法不 易达到好的控制效果。根据模糊控 制不需要控制对象精确数学模型和适用于大滞后、大惯性和时变性系统 的特点，这里可以使用一种分段 PI-制器应用于氧化锆传感器温度控制。 以上是 我在做本毕业设计的前期工作 查阅相关资料时阅览了比较多的相关书籍与资料（包括期刊、论文和网络资料）而提取而获得的。这使我对鼠标的发展史和结构和原理有了基本的了解，并且在阅读过程中得到了一些设计的启示，从中学到了一些以前没有学到过的东西。这大大丰富了我的知识，达到了基本的前期准备的目的，为之后的设计带来了很多的启发。 总结 通过这段 时间对氧气测定仪这方面文献的查阅，获得了一些
8、对此次设计很有用的启示，丰富了我对氧气测定仪这方面的知识。包括它的发展史以及一些它的发展前景。随着科学技术的突飞猛进，氧气测定仪的发展也在继续。从第一台氧气测定仪到现在，氧气氧气测定仪的发展真叫人膛目结舌。总之，这次毕业设计的前期准备，从选题到查阅各种文献资料，本人投入了很大的时间和精力，一分耕耘一分收获，相信这能在后面的设计当中给我很大的帮助。 参考文献 1 罗瑞贤，李英霞，陈霭瑶原电池型氧传感器的研制 J 北京化工学院学报 (自然科学版 )， 1994， 21(4)： 7l 78 2 杨庆柏，厉鹏氧气传感器及其在火电厂的应用 J传感器世界， 2001 9：1921 3 石敏，刘宁 ZrO
9、基固体电解质氧传感器的研究现状基发展 趋 势 I 合 肥 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )， 2003， 26(3)： 388393 4 罗志安，肖建中，夏风，梁建超，刘石明平板式二氧化锆氧传感器的研究进展 J传感器技术， 2004， 23(8)： 4 8 5 吴慧可燃性气体对氧化锆氧分析仪测量误差影响的分析 J分析与测试， 2005， 25(5)： 1920 6 路顺，林健，陈江翠氧化锆氧传感器的研究进展 J仪表技术与传感器， 2007， 3： 1 3， 6 7 洪江星，陈天文，李伟，庄峙厦光纤氧传感器技术进展 J福州大学学报 (自然科学版 )， 2002， 30(3)： 2
10、81 285 8 黄俊，张建标，姜德生，王立新高性能荧光猝灭式光纤氧传感器 J传感器技术， 2001， 20(3)： 9 l1 9 文华，朱玉琛，张玉广，汤雪志氧传感器的发展和应用 J舰船防化，2008， 3： 15 18 10 任海燕 杨秀 敏，刘禹林氧化锆测氧技术的应用 J东北电力技术，1996， 23(12)： 41 46 11 MSP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与应用 12 仪器放大器 AD620 性能及其应用 ；曹军，东南大学，南京 210096 13 松井邦彦传感器实用电路设计与制作 M梁瑞林，译北京 ：科学出版社 ， 2005， 27 32 14 张金利，景占荣，梁亮，等微弱信号的调理电路设计与噪声分析 _J电子测量技术， 2007， 30(11)： 40 42
