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(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(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?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(cè)量基礎(chǔ)。

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(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(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(jiān)測(cè)使用過(guò)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(guò)一個(gè)由用戶(hù)后置的設(shè)備來(lái)完成，該設(shè)備取決于用戶(hù)的技術(shù)說(shuō)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(zhuān)門(mén)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(guò)程無(wú)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(pán)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(guò)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(guò)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(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(nèi)部的校準(zhǔn)輸入端，方便用戶(hù)執(zhí)行校準(zhǔn)功能。

對(duì)于常規(guī)使用，傳感器通過(guò)Pin1、Pin2和Pin7連接供電電源。測(cè)量值通過(guò)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(guò)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(lái)，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(guò)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(hù)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(hù)的規(guī)范要求，并且該反應(yīng)應(yīng)該由客戶(hù)使用的外部監(jiān)控單元管理。出于這個(gè)原因，這類(lèi)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(wú)誤的執(zhí)行，輸入信號(hào)必須無(wú)誤的讀入，輸出信號(hào)無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程中。如果通過(guò)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(jiàn)下表，所有的功能均從傳感器響應(yīng)上位機(jī)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(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(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(jù)說(shuō)明書(shū)的接線說(shuō)明依次把電纜中的接線焊接到專(zhuān)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(jiàn)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(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(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?zhuān)業(yè)人員的指導(dǎo)或由專(zhuān)業(yè)人員維修，請(qǐng)勿私自打開(kāi)堆肥氧濃度傳感器。