专利名称：氧浓度测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体分析仪器，尤其是一种能够测试气体环境中氧分压或氧气含量的氧浓度测试仪。
目前的氧浓度测试仪主要有三种，一种是雷磁式氧分析仪，它体积大，造价成本高，当用于在线检测时，对于安装或检修都带来一定的困难；一种是氧化锆浓差电池式氧分析仪，这种仪器消耗功率大，需要参比气体，受可燃性气体影响大，使用时需要校准；一种是伽伐尼电池式氧分析仪因使用寿命短，使用时需校准，且不适应高、低温条件下使用，但国内企业生产的主要是这种氧分析仪。另外还有色谱仪对氧含量进行分析等方法主要用于实验室做分析使用。
本发明的目的是为了提供一种使用时无需基准气体，使用温度范围较宽，体积小，使用寿命长的一种氧浓度测试仪。
本发明的目的可以通过以下措施来实现本发明包括氧化锆界限电流式氧传感器，加热电压产生电路，工作电压产生电路，采样单元、CPU单元、输出单元、显示及键盘单元。它们的连接关系是氧传感器的输入端a与加热电压产生电路的输出端b相接，氧传感器的输入端o与工作电压产生电路的输出端p正相接，氧传感器的输出端g与采样单元的输入端h相接，CPU单元的输出d与加热电压产生电路的输入端c相接，CPU单元的输出r与工作电压产生电路的输入端q相接，CPU单元的输出端k与显示及键盘单元的输入端l相接，CPU单元的输入端已与显示及键盘单元的输出端f相接，CPU单元的输入端j与采样单元的输出端i相接，CPU单元的输出端m与输出单元的输入端n相接。
氧化锆界限电流式氧传感器工作时，其芯片工作环境温度为350℃～400℃，产生这个温度所需的电源由加热电压电路提供，由于不同传感器所需加热电压不一样，因此本发明中通过键盘及显示单元将加热电压值送入CPU单元，再由CPU单元将信号转化后送给加热电压电路，由加热电压电路产生设定的加热电压提供给传感器以供加热所用。加热电压电路的连接方法及工作原理是加热电压产生电路由DC/DC转换芯片IC3，数字电位器IC4，场效应管T1，快速恢复二极管D2，电阻R3、R4、R5、R6，电容C5、C6、C7、C8和电感L等组成，其中数字电位器IC4与电阻R3、R4串接在电路的输出端b与地之间，它们的分压输出即R3、R4相接的点接在IC4的反馈FB端2，IC3的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC3的CS的端6及电阻R6相接，电阻R6的另一端接至电源电压。场效应管T1的漏极与快速恢复二极管D2的负极、与电阻R5的一端、与电感L的一端相接，R5的另一端与C7串接，C7另一端接地，L的另一端按加热电压产生电路输出端b，数字电位器的U/D端2与加热电压产生电路的输入端C相接，电容C8跨接于输出与地线之间，C6接于IC3的GB端2与IC4的VH端3之间。因此，CPU可以根据键盘键入的值来控制加热电压的输出值，从而避免了手动调节加热电压带来的不便和不准确。
另外，界限电流式氧传感器的工作电压由工作电压产生电路提供，在不同氧浓度时氧传感器所需要的工作电压值也不一样，所以工作电压产生电路需要能够根据氧浓度范围对不同档位的工作电压值进行自动切换，工作电压电路的连接方法和工作原理为精密电压基准D1，数字电位器IC2，运算放大器IC1，电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4组成，其连接方式为电容C4与精密电压基准D1并联后再与电阻R2串联在电源电压与地线之间，数字电位器IC2和电阻R1串接在电压基准输出与地线之间，数字电位器IC2的VL端6与电压基准D1的“+”端相连，IC2的VH端3与电阻R1的一端相联，电阻R1的另一端接地，数字电位器IC2的U/D端2接q，运放IC1的“+”端3与IC2的VW端5相接，运算放大器IC1的输出端6作为工作电压产生电路的输出端p，运算放大器IC1的4端通过电容C1接地，运算放大器IC1的7端通过电容C2接地，运算放大器IC1的8端通过电容C3与地相接。当氧浓度不一样时，其氧传感器工作电压平台范围也不一样，为了保证测试浓度变化时电压值保持在工作电压平台范围内，在仪器初始工作时，工作电压产生电路给传感器一个初始电压，并在传感器端产生一个初始信号，此信号通过采样处理对应一个氧浓度输出，在CPU单元中，根据氧浓度范围设定高、中、低三个档次，同时对应三个设定工作电压值，CPU根据初始氧浓度自动选定一个相应工作电压值作为校正后的电压输出值供给传感器，能保证使传感器最大限度地工作在最佳状态，从而提高测试的精确度、稳定性和准确度。
运算放大器IC1接成一个跟随器，运算放大器IC1的“+”端3与数字电位器IC2的VW端5相接，运算放大器IC1的输出端6作为该电路的输出端P，使氧传感器与工作电压产生电路输出端相互隔离。
界限电流式氧传感器产生的电流信号由采样单元经过线性化及放大处理后送入CPU单元，最后CPU单元将氧浓度送给键盘及显示单元显示氧浓度，同时送给输出单元；由输出单元输出相应电流或电压标准信号及开关量。
由于加热电压产生电路能根据不同的氧传感器提供相应加热电压，从而使氧传感器的工作温度范围不易受外界环境影响，可保持测试的独立性和抗干扰能力。工作电压产生电路根据不同氧浓度提供相应的、高稳定度的工作电压，提高了测试的精确度和稳定性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是氧浓度测试仪的原理方框图；图2是加热电压产生电路的线路图；图3是工作电压产生电路的线路图；图4是氧传感器电流电压特性图。
图1所描述的氧浓度测试仪原理方框图包括一个氧传感器，加热电压产生电路，工作电压产生电路，采样单元、CPU单元、显示及键盘单元几个部分。其中氧传感器为氧化锆界限电流式氧传感器，它与仪表的线路部分既可是一体的，也可以是分体的。它们的连接关系是氧传感器的输入端a与加热电压产生电路的输出端b相接，氧传感器的输入端o与工作电压产生电路的输出端p正相接，氧传感器的输出端g与采样单元的输入端h相接，CPU单元的输出d与加热电压产生电路的输入端c相接，CPU单元的输出r与工作电压产生电路的输入端q相接，CPU单元的输出端k与显示及键盘单元的输入端l相接，CPU单元的输入端已与显示及键盘单元的输出端f相接，CPU单元的输入端j与采样单元的输出端i相接，CPU单元的输出端m与输出单元的输入端n相接。
在本发明的最佳实施例中，加热电压产生电路中各种元件为DC/DC转换芯片IC3，数字电位器IC4，场效应管T1，快速恢复二极管D2，电阻R3、R4、R5、R6，电容C5、C6、C7、C8和电感L，它们的连接关系是数字电位器IC4与电阻R3、R4串接在电路的输出端b与地之间，它们的分压输出即R3、R4相接的点接在IC4的反馈FB端2，IC3的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC3的CS的端6及电阻R6相接，电阻R6的另一端接至电源电压。场效应管T1的漏极与快速恢复二极管D2的负极、与电阻R5的一端、与电感L的一端相接，R5的另一端与C7串接，C7另一端接地，L的另一端按加热电压产生电路输出端b，数字电位器的U/D端2与加热电压产生电路的输入端C相接，电容C8跨接于输出与地线之间，C6接于IC3的GB端2与IC4的VH端3之间。转换器IC3是型号为MAX1627的DC/DC转换器，数字电位器IC4的型号为X9312V，它的内阻为50KΩ并具有4100个抽头，在它的输入电压为5V时，需提供的加热电压为2.2V，它的控制精度可达到5/100＝0.05V，按照传感器工作要求，加热电压的控制范围为要求值的+0.1V，所以它是它是可以满足的。D2的型号为IN5817，即它使数字电位器的可调电压为5V。工作电压产生电路中各种元件为精密电压基准D1，数字电位器IC2，运算放大器IC1，电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4，它们的连接关系是电容C4与精密电压基准D1并联后再与电阻R2串联在电源电压与地线之间，数字电位器IC2和电阻R1串接在电压基准输出与地线之间，数字电位器IC2的VL端6与电压基准D1的“+”端相连，IC2的VH端3与电阻R1的一端相联，电阻R1的另一端接地，数字电位器IC2的U/D端2接q，运放IC1的“+”端3与IC2的VW端5相接，运算放大器IC1的输出端6作为工作电压产生电路的输出端p，运算放大器IC1的4端通过电容C1接地，运算放大器IC1的7端通过电容C2接地，运算放大器IC1的8端通过电容C3与地相接。数字电位器IC2的型号为X9313Z。它内阻为1KΩ，抽头数为32抽头，当D1为CM336B-2.5时即它的可控电压为2.5V，控制精度可为2.5/32＝0.078V，这与传感器工作电压要求为要求值±0.1V也是适用的。当氧传感器为氧化锆界限电流式低氧传感器，型号为98100236，测试范围为100ppm～2％氧浓度时，CPU按氧浓度范围分为100ppm～1000ppm，1000ppm～10000ppm，10000ppm～20000ppm，将工作电压对应设定为-0.4V、-0.8V、-1.2V三个档次，初始工作电压设定为-0.8V，当初始测试值在1000ppm～10000ppm内时，加热电压不变，当初始测试值不在此范围内时，则CPU控制工作电压电路自行转换提供相应工作电压。
本发明的另一实施例中，氧传感器为氧化锆界限电流式高氧传感器，测试范围为1～98％，CPU按氧浓度范围分为1～20％，2～40％，4～98％三段，将工作电压对应设定为-1.6V，-2.0V，-2.4V三个档次，初始工作电压设定为-2.0V，当测试值在20～40％内时，加热电压不变，当初始测试值不在此范围时，则CPU控制工作电压产生电路自行切换提供相应工作电压，此时电路中其它元器件不需做另外变化。
权利要求
1.一种氧浓度测定仪，包括氧传感器、采样单元、CPU单元、显示与键盘单元以及输出单元，氧传感器的输出端g与采样单元的输入端h相接，CPU单元的输出端k接显示与键盘单元的输入端l，CPU单元的输入端接显示与键盘单元的输出端f，CPU单元的输入端j与采样单元的输出端i相接，CPU单元的输出端m与输出单元的输入端n相接，其特征在于在它还有一个加热电压产生电路和工作电压产生电路连接在氧传感器与CPU之间，氧传感器的输入端a与加热电压产生电路的输出端b相接，加热电压产生电路的输入端c与CPU单元的输出端d相接，氧传感器的输入端o与工作电压产生电路诉输出端p相接，工作电压产生电路的输入端q与CPU单元的输出端r相接。
2.如权利要求1所述一种氧浓度测试仪，其特征在于其中所述的氧传感器为固体电解质氧化锆界限电流式氧传感器。
3.如权利要求1所述一种氧浓度测试仪，其特征在于其中所述的加热电压产生电路由DC/DC转换芯片IC3，数字电位器IC4，场效应管T1，快速恢复二极管D2，电阻R3、R4、R5、R6，电容C5、C6、C7、C8和电感L等组成，其中数字电位器IC4与电阻R3、R4串接在电路的输出端b与地之间，它们的分压输出即R3、R4相接的点接在IC4的反馈FB端2，IC3的驱动EXT端7接至场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极与IC3的CS的端6及电阻R6相接，电阻R6的另一端接至电源电压，场效应管T1的漏极与快速恢复二极管D2的负极、与电阻R5的一端、与电感L的一端相接，R5的另一端与C7串接，C7另一端接地，L的另一端按加热电压产生电路输出端b，数字电位器的U/D端2与加热电压产生电路的输入端C相接，电容C8跨接于输出与地线之间，C6接于IC3的GB端2与IC4的VH端3之间。
4.如权利要求1所述一种氧浓度测定仪，其特征在于其中所述的工作电压产生电路由精密电压基准D1，数字电位器IC2，运算放大器IC1，电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4组成，其连接方式为电容C4与精密电压基准D1并联后再与电阻R2串联在电源电压与地线之间，数字电位器IC2和电阻R1串接在电压基准输出与地线之间，数字电位器IC2的VL端6与电压基准D1的“+”端相连，IC2的VH端3与电阻R1的一端相联，电阻R1的另一端接地，数字电位器IC2的U/D端2接q，运放IC1的“+”端3与IC2的VW端5相接，运算放大器IC1的输出端6作为工作电压产生电路的输出端p，运算放大器IC1的4端通过电容C1接地，运算放大器IC1的7端通过电容C2接地，运算放大器IC1的8端通过电容C3与地相接。
全文摘要
一种氧浓度测定仪,由氧化锆界限电流式氧传感器、加热电压产生电路、工作电压产生电路、采样单元、CPU单元、显示与键盘单元以及输出单元组成。由于加热电压工作电路和工作电压产生电路均独立工作,与以前的氧深度测定仪相比较,其有使用寿命长,稳定性好,使用时不需参比气体,且校正周期长。
文档编号G01N27/26GK1243950SQ99114650
公开日2000年2月9日 申请日期1999年1月29日 优先权日1999年1月29日
发明者张益康, 杨邦朝 申请人:康达(成都)电子有限公司