一种二线制输出氧检测装置的制作方法

本发明属于气体分析仪器，具体涉及一种二线制输出氧检测装置。

背景技术：

1、化工生产中产生的气体成分复杂，含有大量可燃气，氧气是化工生产中常见的气体原料，可燃气与含量过高的氧气混合，容易超出爆炸下限，发生爆炸。出于安全考虑，氧气含量必须控制在设定的阈值以下，使气体中的可燃成分低于爆炸下限。否则，达到一定浓度的可燃气体在接触热源时会爆炸，对设备和人员构成威胁。所以，在化工气体介质生产中，检测氧气浓度是安全生产的重要保障。

2、但是，目前的氧检测装置主要存在两个问题，其一，二线制氧检测装置工作电流较大且稳定性较差。目前存在一种实际的二线制的使用工况，工作电流必须小于3ma，所以要求目前的二线制氧检测装置的工作电流更小，功耗更小，同时稳定性要更高；其二，环境适应性差，测量精确度受环境温度影响，在温差较大的环境中，无法保证测量的精确性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种二线制输出氧检测装置，不仅能够在电路稳定性高的同时实现低功耗，还能够进行温度补偿，具有较强的环境适应性。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种二线制输出氧检测装置，包括：外壳、氧传感器、数据处理模块和电处理模块；

4、氧传感器、数据处理模块和电处理模块均设置在外壳内，外壳上设置有走线口，电处理模块通过走线口与外部的电源和数据接收端电性连接；

5、外壳上还设置有气体通道；氧传感器与气体通道连通，待测气体流经氧传感器，氧传感器与待测气体中的氧气发生反应并产生电信号，并将电信号传送至数据处理模块；

6、数据处理模块包括微控制单元和运算放大器，运算放大器用于将前述电信号转化成差分信号并传送至微控制单元，微控制单元可将差分信号转为相应的数字信号，微控制单元还可根据数字信号计算得到氧气的浓度数据并根据氧气的浓度数据产生浓度电压信号，再传送至电处理模块；电处理模块将浓度电压信号转换为浓度电流信号并输出至数据接收端；

7、电处理模块可将外部电源的输入电压dc24v分别变压为dc5v和dc2.5v；dc2.5v为运算放大器供电；同时，电处理模块再将dc5v二次变压为dc3.3v，用于为微控制单元供电。

8、有益效果：

9、(1)本发明提供的一种二线制输出氧检测装置，能够对微量氧的浓度进行测量，通过一次变压，用dc2.5v为运算放大器供电，再将dc5v二次变压为dc3.3v为微控制单元供电，可在提高电路稳定性的同时，降低整机功耗(功耗低于1w)和工作电流；同时，进一步提高了二线制输出氧检测装置的防爆性能，使氧检测装置符合gb/t3836.1-2021和gb/t3836.4-2021标准的有关规定，为本质安全型设备，防爆标志为“ex ia iic t3 ga”，适用于0区、1区、2区，含有ⅱa～ⅱc级，温度为t1～t3组的氢气与氧气形成的爆炸性混合物场所的气体浓度监测，还可用于对水电解制氢、空分制氮以及其他化工行业中保护性气体和混合气体中微量氧气浓度进行测量。

10、(2)本发明设置有一次变压信号处理电路能够实现将电压dc24v分别变压为dc5v和dc2.5v，并实现浓度电压信号向浓度电流信号的转换，电路稳定，工作电流小，功耗小。

11、(3)本发明设置有二次变压电路，二次变压电路将dc5v二次变压为dc3.3v，并且能够实现将dc5v二次变压为dc3.3v过程中的稳压，保证电路的稳定。

12、(4)本发明dc5v与氧传感器之间设置p沟道结型场效应晶体管(jfet)，在氧检测装置上电后，p沟道结型场效应晶体管通电，氧传感器的工作电极sens和反电极cnt断开，能够实现氧气浓度的正常采集；当氧检测装置停止工作，氧传感器的工作电极sens和反电极cnt短接，以防氧传感器长时间断电工作电极会积累大量电荷而出现极化现象，有利于延长氧传感器的使用寿命。

13、(5)本发明还设置有温度采集模块，可采集待测气体的温度数据，并将温度数据传送至数据处理模块；数据处理模块的微控制单元内嵌有温度补偿算法，可根据接收的待测气体的温度数据对氧的浓度的计算进行补偿，从而得到更为精准的氧的浓度，扩大二线制输出氧检测装置的温度使用范围，提高环境适应性。

14、(6)本发明电处理模块为温度采集模块提供dc2.5v电压，可降低整机功耗和工作电流。

15、(7)本发明设置有ttl数据传输线，便于软件程序的下载和调试。

16、(8)本发明提供一种温度补偿算法，根据温度数据对微量氧的浓度的计算进行补偿，从而使氧的浓度的计算更精准，装置的适用温度更广。

技术特征：

1.一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，包括：外壳、氧传感器、数据处理模块和电处理模块；

2.如权利要求1所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，电处理模块内设置有一次变压信号处理电路和二次变压电路，一次变压信号处理电路用于将电压dc24v分别变压为dc5v和dc2.5v，还用于实现浓度电压信号向浓度电流信号的转换，二次变压电路用于将dc5v二次变压为dc3.3v。

3.如权利要求2所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，一次变压信号处理电路包括晶体三极管q3、二线制电流环路变送器、电容c12、稳压二极管d6和瞬态抑制二极管tvs1；

4.如权利要求2所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，二次变压电路包括：稳压芯片u1、稳压二极管d5、稳压二极管d3、稳压二极管d1、稳压二极管d4、电容c1和电容c2；

5.如权利要求1所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，所述dc5v电压的输出端与氧传感器之间设置p沟道结型场效应晶体管；

6.如权利要求1-5任意一项所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，一种二线制输出氧检测装置还包括温度采集模块，温度采集模块用于采集待测气体的温度数据，并将温度数据传送至数据处理模块；

7.如权利要求6所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，电处理模块为温度采集模块提供dc2.5v电压。

8.如权利要求7所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，温度采集模块包括热敏电阻rt1和电阻r4，热敏电阻rt1和电阻r4串联设置在2.5v电位和0电位(即接地)之间，热敏电阻rt1和电阻r4的中间电位与微控制单元电性连接；微控制单元可通过获取热敏电阻rt1的阻值从而获取待测气体的温度数据。

9.如权利要求8所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，外壳包括上盖、中间壳体和底座；上盖、中间壳体和底座依次同轴连接；令上盖所在的方向为上，底座所在的方向为下；

10.如权利要求6所述一种二线制输出氧检测装置，其特征在于，温度补偿算法为通过大量的温度试验获得的数学模型，通过氧气的浓度数据和待测气体的温度数据反向计算出氧气浓度真实值；

技术总结
本发明公开了一种二线制输出氧检测装置，外壳、氧传感器、数据处理模块和电处理模块；氧传感器、数据处理模块和电处理模块均设置在外壳内，外壳上设置有走线口，电处理模块通过走线口与外部的电源和数据接收端电性连接；外壳上还设置有气体通道；氧传感器与气体通道连通，待测气体流经氧传感器，氧传感器与待测气体中的氧气发生反应并产生电信号，并将电信号传送至数据处理模块；数据处理模块包括微控制单元和运算放大器，运算放大器用于将前述电信号转化成差分信号并传送至微控制单元，微控制单元可将差分信号转为相应的数字信号，微控制单元还可根据数字信号计算得到氧气的浓度数据并根据氧气的浓度数据产生浓度电压信号，再传送至电处理模块；电处理模块将浓度电压信号转换为浓度电流信号并输出至数据接收端；电处理模块可将外部电源的输入电压DC24V分别变压为DC5V和DC2.5V；DC2.5V为运算放大器供电；同时，电处理模块再将DC5V二次变压为DC3.3V，用于为微控制单元供电；本发明可在提高电路稳定性的同时，降低整机功耗和工作电流。

技术研发人员：申圣男,李丹丹,赵巍仑,陈正华,凌大鹏
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9