堆肥氧濃度監(jiān)測(cè)儀器

JN-O2T100堆肥氧濃度監(jiān)測(cè)儀器主要特點(diǎn):

1、主要用于測(cè)定畜禽糞污發(fā)酵過程中的氧濃度，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(jiān)測(cè)。外部使用帶有進(jìn)氣孔的不銹鋼插桿對(duì)探頭加以保護(hù)，以確保糞污肥料中的氧氣能夠讓插桿中的傳感器探測(cè)到，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，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(shè)備不僅使用方便，而且還便于清洗。

4、其核心部件是美國(guó)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(chǔ)的動(dòng)態(tài)氧氣傳感器，它以兩塊二氧化鋯板形成的一個(gè)密閉空腔的動(dòng)態(tài)過程作為測(cè)量基礎(chǔ)。

該款儀器具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1)、工作過程中無需參比氣，特別適合使用在堆肥有氧發(fā)酵的自動(dòng)化控制中和對(duì)于不易接近或封閉的系統(tǒng)（風(fēng)道，容器等）中的氧氣含量的測(cè)量。被測(cè)混合氣體溫度上限可達(dá)250℃。

2)、具有故障監(jiān)測(cè)功能， 無需使用額外的氧氣傳感器來保證可靠性?？梢酝瑫r(shí)監(jiān)測(cè)使用過程中自身的工作狀態(tài)，報(bào)告電氣線路和傳感器的故障。測(cè)試數(shù)據(jù)的分析與處理通過一個(gè)由用戶后置的設(shè)備來完成，該設(shè)備取決于用戶的技術(shù)說明。（如：堆肥氧量控制，顯示，測(cè)量?jī)x表，可編程邏輯控制器PLC，通風(fēng)系統(tǒng)等）

3)、不需要專門人員和標(biāo)準(zhǔn)氣體，在大氣條件下即可自動(dòng)完成校準(zhǔn)。

4)、測(cè)量過程無需化學(xué)介質(zhì)，使用壽命長(zhǎng)于電化學(xué)傳感器。

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

傳感器采用24V直流供電，可提供線性的0～10V（或4～20mA）和RS485數(shù)字信號(hào)輸出,帶有3位數(shù)碼管顯示和校準(zhǔn)鍵。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shù)

1）、技術(shù)參數(shù)

2）、特性參數(shù)

3.工作原理

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

經(jīng)過一定時(shí)間的上電預(yù)熱，氧探頭中的二氧化鋯，在達(dá)到700℃的工作溫度后，由絕緣體成為氧離子導(dǎo)體。動(dòng)態(tài)氧傳感器*的雙鋯盤結(jié)構(gòu)，使氧探頭、信號(hào)放大器、邏輯監(jiān)測(cè)模塊和離子泵形成穩(wěn)定的負(fù)反饋回路。當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，負(fù)反饋的脈沖輸出信號(hào)的周期時(shí)間，與氧量成線性正比。

單片機(jī)采集脈沖信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算和修正，輸出0～10V模擬電壓信號(hào)和4～20mA模擬電流信號(hào)。

脈沖信號(hào)的輸出端，同時(shí)作為故障報(bào)警信號(hào)的輸出端，以及校準(zhǔn)信號(hào)的輸入端。

外部輸入TEST測(cè)試信號(hào)，控制測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否反應(yīng)良好。

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

4.工作模式

傳感器采用復(fù)用的七插腳連接器及七芯現(xiàn)場(chǎng)電纜線連接下游單元。根據(jù)測(cè)試、校準(zhǔn)和故障報(bào)警功能的后端連接方式不同，分為數(shù)字、串口兩種工作模式，相應(yīng)引腳定義如下表。

模擬信號(hào)輸出可以通過內(nèi)部跳線選擇0～10V電壓信號(hào)或4～20mA電流信號(hào)。串口工作模式主要推薦RS485總線工作模式。UART是單片機(jī)的串口不經(jīng)過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(nèi)部的校準(zhǔn)輸入端，方便用戶執(zhí)行校準(zhǔn)功能。

對(duì)于常規(guī)使用，傳感器通過Pin1、Pin2和Pin7連接供電電源。測(cè)量值通過Pin3和Pin5（4～20mA/0～10V）或者Pin4和Pin6（RS485總線）輸出到測(cè)量?jī)x器儀表，顯示或PLC等設(shè)備上。

不同工作模式完整的故障監(jiān)測(cè)功能使用，參看下面的具體敘述。

5.數(shù)字工作模式

5.1. 故障監(jiān)測(cè)

如果需要，傳感器可以實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測(cè)功能。

5.1.1. 如何偵測(cè)故障

傳感器通過兩個(gè)不同的信道輸出測(cè)量信號(hào)：在K1信道中測(cè)量值作為一個(gè)有效的模擬信號(hào)輸出。在雙向的信道K2中，測(cè)量值作為一個(gè)調(diào)制脈寬的交變數(shù)字脈沖信號(hào)輸出（低/高相位0/5V）。低相位的長(zhǎng)度是氧濃度的量度。

當(dāng)信道K1中測(cè)量值的模擬信號(hào)與信道K2中的測(cè)量值的數(shù)字信號(hào)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(xù)0.09-0.71秒，這個(gè)值對(duì)應(yīng)氧濃度值0.1或25vol%O2(在不同的測(cè)量范圍，該值相應(yīng)改變)。

如果交變信號(hào)（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(xù)的5V故障信號(hào)，這時(shí)測(cè)量值超出了測(cè)量范圍。如果輸出總保持0V則是硬件故障。

因?yàn)檫@種測(cè)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(jiān)測(cè)包括使用當(dāng)中；這是一種理想的循環(huán)監(jiān)測(cè)方式（如上圖），為此，在檢測(cè)信道Pin4輸入24V電壓，相應(yīng)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(cè)量系統(tǒng)中仿真出來，在信道K1中檢測(cè)傳感器是否正確的計(jì)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(cè)量值須在自檢過程中上一個(gè)測(cè)量值×0.76和上一個(gè)測(cè)量值×0.84之間。

外部測(cè)試信號(hào)是為了監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)信號(hào)的時(shí)間間隔。間隔時(shí)間的長(zhǎng)短取決于應(yīng)用；U（MT）＝外部監(jiān)測(cè)時(shí)K1的測(cè)量信號(hào)。隨著這個(gè)測(cè)試設(shè)計(jì)，第一次可能不但偵測(cè)了硬件的故障，也偵測(cè)了傳感器自身，例如：氧化鋯封閉室。

5.1.2. 使用者的外部監(jiān)控單元

用戶處理下游的外部設(shè)備須能夠?qū)y(cè)量信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，并處理和監(jiān)控這個(gè)動(dòng)態(tài)的自檢。

對(duì)于一個(gè)故障信息的反應(yīng)應(yīng)該符合用戶的規(guī)范要求，并且該反應(yīng)應(yīng)該由客戶使用的外部監(jiān)控單元管理。出于這個(gè)原因，這類設(shè)備應(yīng)達(dá)到必要的要求：

1) 這個(gè)單元須是故障保護(hù)設(shè)備，例如，以下描述的處理必須無誤的執(zhí)行，輸入信號(hào)必須無誤的讀入，輸出信號(hào)無誤的輸出。

2) 在應(yīng)用允許的故障誤差時(shí)間內(nèi)，信道K1，K2中的測(cè)量值應(yīng)長(zhǎng)期性的進(jìn)行比較。

3) 信道K2中的輸出信號(hào)的時(shí)間的真實(shí)情況須持續(xù)的檢測(cè)，出于這個(gè)考慮靜態(tài)信號(hào)將被認(rèn)為是內(nèi)部錯(cuò)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(duì)于測(cè)量信號(hào)的自檢結(jié)果須做測(cè)定和分析。兩個(gè)循環(huán)自檢的間隔周期時(shí)間不能超過一個(gè)特定的值。

5) 當(dāng)一個(gè)故障信號(hào)輸出時(shí)，這個(gè)處理須轉(zhuǎn)換到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

5.1.3. 故障判斷

在操作的全過程中，傳感器監(jiān)控自身的整個(gè)系統(tǒng)，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(hào)和數(shù)字信號(hào)互相符合。

2) 信道K2中的測(cè)量信號(hào)應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間窗口內(nèi)，并且不是靜態(tài)的。

3) 自檢要正確的周期性的循環(huán)執(zhí)行。

5.2.校準(zhǔn)

5.2.1.自動(dòng)校準(zhǔn)

傳感器在大氣環(huán)境下（20.7vol%O2±10％）進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。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程中。如果通過人工或者下游設(shè)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(zhǔn)。

如果新測(cè)量到的氧含量值在10％的誤差范圍內(nèi)，信道K2繼續(xù)輸出一個(gè)交變的輸出信號(hào)。（如果這個(gè)測(cè)量值在允許的誤差范圍之外，信道K2將輸出一個(gè)5V的錯(cuò)誤信號(hào)，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(cuò)誤信號(hào)。）成功完成校準(zhǔn)后，測(cè)量傳感器會(huì)在信道K1上準(zhǔn)確的輸出信號(hào)；20.7vol%O2對(duì)應(yīng)到8.28V或17.25mA(25vol%O2對(duì)應(yīng)到10V或20mA)。如果一個(gè)電源中斷出現(xiàn)，則新的校準(zhǔn)值仍會(huì)被保存。

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

5.2.2.人工校準(zhǔn)

含氧量大概20.7vol%O2的一個(gè)*通風(fēng)的室內(nèi)環(huán)境空氣作為基準(zhǔn)氣體。20.7vol%O2對(duì)應(yīng)到8.28V或17.25mA(25vol%O2對(duì)應(yīng)到10V或20mA)。

如下圖所示，使用殼體內(nèi)部PCB板上的校準(zhǔn)電位器 R50 執(zhí)行人工校準(zhǔn)。緩慢的調(diào)整校準(zhǔn)電位器，直到輸出接近要求值，校準(zhǔn)完成。

6.串口工作模式

串口模式下，傳感器可工作于雙機(jī)模式或多機(jī)模式。串口模式指令集見下表，所有的功能均從傳感器響應(yīng)上位機(jī)的指令開始。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3個(gè)ASCIC碼，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，均以#作為起始符，0DH 0AH作為結(jié)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(xiàn)場(chǎng)電纜線連接下游單元，電纜線（包括前后端連接導(dǎo)線）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(jī)械部件頂部，用固定螺絲固定好（組裝圖見下圖），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(jù)說明書的接線說明依次把電纜中的接線焊接到專用接頭上并將接頭組裝好。（注意：請(qǐng)仔細(xì)檢查接線，不要接錯(cuò)，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?yàn)檠鯕鈧鞲衅骱趸喓豌K金屬，以下介質(zhì)會(huì)對(duì)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?xì)浠衔铮◤?00ppm起）

7) 磷酸鹽脂

8) 氯

9) 六氟化硫

10) 碳

11) 鹽

12) 長(zhǎng)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(jiān)測(cè)儀器產(chǎn)品信息

具體信息詳見后表。

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

9.注意事項(xiàng)

1、 儀器在插到堆肥材料中，傳感器不能斷電，否則可能導(dǎo)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(qǐng)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(shù)錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)趯I(yè)人員的指導(dǎo)或由專業(yè)人員維修，請(qǐng)勿私自打開堆肥氧濃度傳感器。