堆肥氧濃度監測儀器

JN-O2T100堆肥氧濃度監測儀器主要特點(diǎn):

1、主要用于測定畜禽糞污發(fā)酵過(guò)程中的氧濃度，所使用的傳感器是雙氧化鋯傳感器探頭。

2、主要用于堆糞污堆積中氧含量的自動(dòng)控制與監測。外部使用帶有進(jìn)氣孔的不銹鋼插桿對探頭加以保護，以確保糞污肥料中的氧氣能夠讓插桿中的傳感器探測到，可以實(shí)現實(shí)時(shí)精準監測，又可以避免糞污肥料顆粒堵塞傳感器端部而使其損壞。

3、該款設備不僅使用方便，而且還便于清洗。

4、其核心部件是美國Honeywell雙氧化鋯傳感器探頭，氧化鋯傳感器具有耐高溫的特性，其原理是以二氧化鋯(ZrO2)為基礎的動(dòng)態(tài)氧氣傳感器，它以?xún)蓧K二氧化鋯板形成的一個(gè)密閉空腔的動(dòng)態(tài)過(guò)程作為測量基礎。

該款儀器具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1)、工作過(guò)程中無(wú)需參比氣，特別適合使用在堆肥有氧發(fā)酵的自動(dòng)化控制中和對于不易接近或封閉的系統（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250℃。

2)、具有故障監測功能， 無(wú)需使用額外的氧氣傳感器來(lái)保證可靠性?？梢酝瑫r(shí)監測使用過(guò)程中自身的工作狀態(tài)，報告電氣線(xiàn)路和傳感器的故障。測試數據的分析與處理通過(guò)一個(gè)由用戶(hù)后置的設備來(lái)完成，該設備取決于用戶(hù)的技術(shù)說(shuō)明。（如：堆肥氧量控制，顯示，測量?jì)x表，可編程邏輯控制器PLC，通風(fēng)系統等）

3)、不需要專(zhuān)門(mén)人員和標準氣體，在大氣條件下即可自動(dòng)完成校準。

4)、測量過(guò)程無(wú)需化學(xué)介質(zhì)，使用壽命長(cháng)于電化學(xué)傳感器。

5)、本質(zhì)上測量的是堆肥物料中混合氣體的氧氣分壓，但通過(guò)校準，可以輕松的將輸出轉換為氧氣的體積濃度。

傳感器采用24V直流供電，可提供線(xiàn)性的0～10V（或4～20mA）和RS485數字信號輸出,帶有3位數碼管顯示和校準鍵。標準測量范圍0.1～25 vol%O2 ，并可提供0.1～100 vol%O2 中的任意量程產(chǎn)品

2. 性能參數

1）、技術(shù)參數

2）、特性參數

3.工作原理

系統原理方框見(jiàn)下圖。24V直流電源輸入后，一路用于產(chǎn)生系統內部的工作電壓，一路用于氧探頭的加熱。

經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的上電預熱，氧探頭中的二氧化鋯，在達到700℃的工作溫度后，由絕緣體成為氧離子導體。動(dòng)態(tài)氧傳感器*的雙鋯盤(pán)結構，使氧探頭、信號放大器、邏輯監測模塊和離子泵形成穩定的負反饋回路。當溫度穩定時(shí)，負反饋的脈沖輸出信號的周期時(shí)間，與氧量成線(xiàn)性正比。

單片機采集脈沖信號，經(jīng)過(guò)運算和修正，輸出0～10V模擬電壓信號和4～20mA模擬電流信號。

脈沖信號的輸出端，同時(shí)作為故障報警信號的輸出端，以及校準信號的輸入端。

外部輸入TEST測試信號，控制測試模塊改變離子泵回路電流，從而模擬了氧量的改變，用以測試系統的工作狀態(tài)是否反應良好。

RS485總線(xiàn)通訊模塊，除了完成氧量傳輸外，也可以軟件命令的方式替代完成測試、自動(dòng)校準和故障報警等硬件功能，極大的簡(jiǎn)化了后端設備的使用。

4.工作模式

傳感器采用復用的七插腳連接器及七芯現場(chǎng)電纜線(xiàn)連接下游單元。根據測試、校準和故障報警功能的后端連接方式不同，分為數字、串口兩種工作模式，相應引腳定義如下表。

模擬信號輸出可以通過(guò)內部跳線(xiàn)選擇0～10V電壓信號或4～20mA電流信號。串口工作模式主要推薦RS485總線(xiàn)工作模式。UART是單片機的串口不經(jīng)過(guò)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，直接連接內部的校準輸入端，方便用戶(hù)執行校準功能。

對于常規使用，傳感器通過(guò)Pin1、Pin2和Pin7連接供電電源。測量值通過(guò)Pin3和Pin5（4～20mA/0～10V）或者Pin4和Pin6（RS485總線(xiàn)）輸出到測量?jì)x器儀表，顯示或PLC等設備上。

不同工作模式完整的故障監測功能使用，參看下面的具體敘述。

5.數字工作模式

5.1. 故障監測

如果需要，傳感器可以實(shí)現故障監測功能。

5.1.1. 如何偵測故障

傳感器通過(guò)兩個(gè)不同的信道輸出測量信號：在K1信道中測量值作為一個(gè)有效的模擬信號輸出。在雙向的信道K2中，測量值作為一個(gè)調制脈寬的交變數字脈沖信號輸出（低/高相位0/5V）。低相位的長(cháng)度是氧濃度的量度。

當信道K1中測量值的模擬信號與信道K2中的測量值的數字信號相符合（最大誤差<4％）時(shí)，傳感器正在*工作。另外信道K2中低相位持續0.09-0.71秒，這個(gè)值對應氧濃度值0.1或25vol%O2(在不同的測量范圍，該值相應改變)。

如果交變信號（高＋低）超出了0.2-4秒的時(shí)間窗(例如：10％的故障誤差)或持續的5V故障信號，這時(shí)測量值超出了測量范圍。如果輸出總保持0V則是硬件故障。

因為這種測量方式是動(dòng)態(tài)的，傳感器的整體性能可以在任何時(shí)間監測包括使用當中；這是一種理想的循環(huán)監測方式（如上圖），為此，在檢測信道Pin4輸入24V電壓，相應傳感器泵電流將有20％的降低。一個(gè)比實(shí)際值低的氧含量值在測量系統中仿真出來(lái)，在信道K1中檢測傳感器是否正確的計算了這個(gè)虛擬的氧含量值。

在這個(gè)連接中，有一個(gè)4％的范圍是允許的，例如：測量值須在自檢過(guò)程中上一個(gè)測量值×0.76和上一個(gè)測量值×0.84之間。

外部測試信號是為了監測傳感器工作時(shí)的性能。K1=Channel 1 U(M); K2=Channel 2 f(M); t(TI)=外部監測信號的時(shí)間間隔。間隔時(shí)間的長(cháng)短取決于應用；U（MT）＝外部監測時(shí)K1的測量信號。隨著(zhù)這個(gè)測試設計，第一次可能不但偵測了硬件的故障，也偵測了傳感器自身，例如：氧化鋯封閉室。

5.1.2. 使用者的外部監控單元

用戶(hù)處理下游的外部設備須能夠對測量信號進(jìn)行測定，并處理和監控這個(gè)動(dòng)態(tài)的自檢。

對于一個(gè)故障信息的反應應該符合用戶(hù)的規范要求，并且該反應應該由客戶(hù)使用的外部監控單元管理。出于這個(gè)原因，這類(lèi)設備應達到必要的要求：

1) 這個(gè)單元須是故障保護設備，例如，以下描述的處理必須無(wú)誤的執行，輸入信號必須無(wú)誤的讀入，輸出信號無(wú)誤的輸出。

2) 在應用允許的故障誤差時(shí)間內，信道K1，K2中的測量值應長(cháng)期性的進(jìn)行比較。

3) 信道K2中的輸出信號的時(shí)間的真實(shí)情況須持續的檢測，出于這個(gè)考慮靜態(tài)信號將被認為是內部錯誤。

4) 在周期的間隔時(shí)一個(gè)自檢將被啟動(dòng)，并且這個(gè)對于測量信號的自檢結果須做測定和分析。兩個(gè)循環(huán)自檢的間隔周期時(shí)間不能超過(guò)一個(gè)特定的值。

5) 當一個(gè)故障信號輸出時(shí)，這個(gè)處理須轉換到一個(gè)穩定狀態(tài)。

5.1.3. 故障判斷

在操作的全過(guò)程中，傳感器監控自身的整個(gè)系統，另外，在只需一只氧傳感器的情況下，下列情況時(shí)確保是*操作：

1) 輸出的模擬信號和數字信號互相符合。

2) 信道K2中的測量信號應在規定的時(shí)間窗口內，并且不是靜態(tài)的。

3) 自檢要正確的周期性的循環(huán)執行。

5.2.校準

5.2.1.自動(dòng)校準

傳感器在大氣環(huán)境下（20.7vol%O2±10％）進(jìn)行自動(dòng)校準。為此，須提供給傳感器大氣環(huán)境的空氣至少30秒，例如在燃燒器的供氧過(guò)程中。如果通過(guò)人工或者下游設備的方式將Pin6（信道K2）短接Pin2（GND）10秒，傳感器將進(jìn)行自校準。

如果新測量到的氧含量值在10％的誤差范圍內，信道K2繼續輸出一個(gè)交變的輸出信號。（如果這個(gè)測量值在允許的誤差范圍之外，信道K2將輸出一個(gè)5V的錯誤信號，如果一個(gè)硬件故障發(fā)生，信道K2會(huì )輸出一個(gè)0V的錯誤信號。）成功完成校準后，測量傳感器會(huì )在信道K1上準確的輸出信號；20.7vol%O2對應到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應到10V或20mA)。如果一個(gè)電源中斷出現，則新的校準值仍會(huì )被保存。

只有輸出值在要求值的±20%偏差范圍內，校準才會(huì )成功。否則校準不會(huì )進(jìn)行，并且信道K2將輸出一個(gè)5V的錯誤信號，這時(shí)需要進(jìn)行下面的人工校準。

5.2.2.人工校準

含氧量大概20.7vol%O2的一個(gè)*通風(fēng)的室內環(huán)境空氣作為基準氣體。20.7vol%O2對應到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應到10V或20mA)。

如下圖所示，使用殼體內部PCB板上的校準電位器 R50 執行人工校準。緩慢的調整校準電位器，直到輸出接近要求值，校準完成。

6.串口工作模式

串口模式下，傳感器可工作于雙機模式或多機模式。串口模式指令集見(jiàn)下表，所有的功能均從傳感器響應上位機的指令開(kāi)始。為了敘述的方便，約定以黑體字表示ASCIC碼（例如207），以XXXXX表示任意ASCIC碼。以斜體字加后綴H表示16進(jìn)制碼（例如57H），以xxH表示任意16進(jìn)制碼。傳感器接收指令時(shí)，每次最多不超過(guò)3個(gè)ASCIC碼，發(fā)送數據時(shí)，均以#作為起始符，0DH 0AH作為結束符。

7.安裝和使用

7.1. 電纜連接

傳感器采用七插腳連接器及七芯現場(chǎng)電纜線(xiàn)連接下游單元，電纜線(xiàn)（包括前后端連接導線(xiàn)）最大阻值100Ω。如下圖所示：

7.2. 安裝

1、將不銹鋼組件組裝并固定好，把氧傳感器插入到機械部件頂部，用固定螺絲固定好（組裝圖見(jiàn)下圖），切忌固定好傳感器后不要再拉動(dòng)傳感器的控制盒。

2、 根據說(shuō)明書(shū)的接線(xiàn)說(shuō)明依次把電纜中的接線(xiàn)焊接到專(zhuān)用接頭上并將接頭組裝好。（注意：請仔細檢查接線(xiàn)，不要接錯，粘連）

3、進(jìn)氣篩網(wǎng)是拆裝式的，方便清洗。

7.3. 有害物質(zhì)損壞氧氣傳感器

因為氧氣傳感器含二氧化鋯和鉑金屬，以下介質(zhì)會(huì )對該傳感器造成損壞：

1) 重金屬

2) 硫化物

3) 硅酮蒸汽

4) 氟

5) 氨（從1000ppm起）

6) 鹵素碳氫化合物（從100ppm起）

7) 磷酸鹽脂

8) 氯

9) 六氟化硫

10) 碳

11) 鹽

12) 長(cháng)時(shí)間在還原性空氣中

13) 灰塵、震動(dòng)、污垢、潮濕、油、油脂、鍋爐清洗劑、重燃料油、高溫分解氣體和氧化硅（產(chǎn)生于硅酮在鍋爐燃燒時(shí)）降低氧氣傳感器的使用壽命。

不保證所列清單的完整性。

8.JN-O2T100堆肥氧濃度監測儀器產(chǎn)品信息

具體信息詳見(jiàn)后表。

例如：JN-O2T100表示堆肥型氧量傳感器，帶數碼管顯示、校準鍵，4～20mA電流信號輸出，RS485工作模式，量程0.1～25 vol%O2，被測氣體溫度上限250℃，探桿長(cháng)度500mm。

9.注意事項

1、 儀器在插到堆肥材料中，傳感器不能斷電，否則可能導致傳感器工作不正常以致?lián)p壞，堆肥氧濃度傳感器的探頭部分是分子珊過(guò)濾孔，切忌不能被堵住，否則堆肥氧濃度傳感器也會(huì )損壞。

2、 堆肥氧濃度傳感器工作時(shí)頭部會(huì )產(chǎn)生高溫，請勿觸摸以免燙傷，關(guān)閉電源30分鐘后才可以觸摸頭部。

3、 如果堆肥氧傳感器顯示或讀數錯誤，請在專(zhuān)業(yè)人員的指導或由專(zhuān)業(yè)人員維修，請勿私自打開(kāi)堆肥氧濃度傳感器。