美国Honeywell双氧化锆传感器探头的故障分析及处理方法

1. 概述

堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100主要用于测量堆肥材料中的氧含量。其核心部件是美国霍尼韦尔双氧化锆传感器探头。氧化锆传感器具有耐高温的特点。其原理是基于二氧化锆(ZrO2)的动态氧传感器,它以两块氧化锆板形成的封闭空腔的动态过程为测量依据。主要用于氧含量的自动检测在堆肥坑、堆肥坑和堆肥实验员控制和监测。氧传感器探头外部有不锈钢保护装置保护,保护装置头部有进气孔,保证堆肥中的气体能顺利扩散到探头附近,实时准确测量,方便清洗,防止堆肥。探针中的颗粒物阻挡了探针顶部的分子屏障两个模拟信号如何同时输入到单片机,损坏了敏感元件。

堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100

堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100注意事项

与其他类型的氧传感器相比,堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100具有以下明显优势:

1),工作过程中无需参比气体,特别适用于堆肥好氧发酵的自动控制和人迹罕至或封闭系统(风管、容器等)的含氧量测量。被测混合气体的温度上限可达250℃。

2),具有故障监测功能,无需额外使用氧传感器,保证可靠性。同时在使用过程中可以监测自身的工作状态,上报电路和传感器的故障。测试数据的分析和处理是通过用户安装的设备完成的,这取决于用户的技术规格。(如:堆肥氧控制、显示、测量仪表、可编程序控制器PLC、通风系统等)

3),不需要专门人员和标准气体,大气条件下自动完成校准。

4),测量过程不需要化学介质,使用寿命比电化学传感器长。

5),本质上是测量堆肥材料中混合气体的氧分压,但通过标定,输出很容易换算成氧的体积浓度。

传感器采用24V直流供电,可提供线性0~10V(或4~20mA)和RS485数字信号输出,带3位数码管显示和校准键。标准测量范围0.1~25 vol%O2,可提供0.1~100 vol%O2任意量程产品

2.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100性能参数

1),限制参数

堆肥氧浓度监测仪器设备技术参数

2),特征参数

堆肥氧浓度监测仪器设备特性参数

3.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100工作原理

系统原理框图如下图所示。输入24V直流电源后,一个通道用于产生系统内部的工作电压,另一个用于加热氧探头。

通电预热一定时间后,氧探头中的二氧化锆在达到700℃的工作温度后,会从绝缘体变成氧离子导体。动态氧传感器独特的双锆盘结构使氧探头、信号放大器、逻辑监控模块和离子泵形成稳定的负反馈回路。当温度稳定时,负反馈脉冲输出信号的周期时间与氧气量成线性比例。

单片机采集脉冲信号,经计算校正后输出0-10V模拟电压信号和4-20mA模拟电流信号。

脉冲信号的输出端也用作故障报警信号的输出端和校准信号的输入端。

TEST测试信号的外部输入控制测试模块改变离子泵电路的电流,从而模拟氧量的变化来测试系统的工作状态是否响应良好。

RS485总线通讯模块,除了完成氧气传输外,还可以通过软件指令代替测试、自动校准、故障报警等硬件功能,大大简化了后端设备的使用。

堆肥氧浓度监测设备的工作原理

4.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100工作模式

该传感器使用多路复用七针连接器和七芯现场电缆连接到下游单元。根据测试、校准和故障报警功能后端连接方式的不同,分为数字和串行两种工作模式。下表定义了相应的引脚。

模拟信号输出可以通过内部跳线选择0~10V电压信号或4~20mA电流信号。串口工作方式主要推荐RS485总线工作方式。UART是不带RS485芯片的单片机串口的直接输出。两者在软件上的使用是一样的,都是半双工的。

外壳上的按键直接与内部校准输入相连,方便用户进行校准功能。

正常使用时,传感器通过 Pin1、Pin2 和 Pin7 连接到电源。测量值通过Pin3和Pin5(4~20mA/0~10V)或Pin4和Pin6(RS485总线)输出到测量仪表、显示器或PLC。

堆肥氧浓度监测设备工作模式

完整的故障监测功能在不同工作模式下的使用,请参考下面的具体说明。

5.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100数字工作模式

5.1. 故障监控

如果需要,传感器可以实现故障监测功能。

5.1.1. 如何检测故障

传感器通过两个不同的通道输出测量信号:测量值在 K1 通道中作为有效的模拟信号输出。在双向通道 K2 中,测量值作为具有调制脉冲宽度(低/高相位 0/5V)的交替数字脉冲信号输出。低相的长度是氧浓度的量度。

当通道 K1 测量值的模拟信号与通道 K2 测量值的数字信号匹配时(最大误差

如果交流信号(高+低)超过0. 2-4 秒的时间窗口(例如:10% 故障错误)或连续的5V 故障信号,则测量值超出范围。如果输出始终保持在 0V,则为硬件故障。

由于这种测量方法是动态的,因此可以随时监控传感器的整体性能,包括使用;这是一种理想的循环监控方式(如上图所示)。为此,在检测通道 Pin4 输入 24V 电压,对应的传感器泵电流将减少 20%。在测量系统中模拟低于实际值的氧含量值,并在通道 K1 中检查传感器是否正确计算了该虚拟氧含量值。

在这方面,允许 4% 的范围,例如:自检时,测量值必须介于上次测量值 ×0.76 和上次测量值 ×0.84 之间。

堆肥氧浓度监测设备故障检测原理

外部测试信号用于监测传感器工作时的性能。K1=通道 1 U(M);K2=通道 2 f(M);t(TI)=外部监测信号的时间间隔。间隔的长度取决于应用程序;U(MT) = 外部监控期间 K1 的测量信号。通过这种测试设计,首次不仅可以检测硬件故障,还可以检测传感器本身,例如氧化锆外壳。

5.1.2. 用户外部监控单元

用户处理下游的外部设备必须能够确定测量信号并处理和监控这种动态自测。

对故障消息的反应应符合用户的规范,并且应由客户使用的外部监控单元管理该反应。因此,此类设备应满足必要的要求:

1) 这个单元必须是一个故障安全设备,即下面描述的处理必须正确执行,输入信号必须正确读入,输出信号必须正确输出。

2) 通道 K1、K2 中的测量值应在应用程序允许的容错时间内进行永久比较。

3) 通道K2 中输出信号的时序应不断检查,因此静态信号将被视为内部错误。

4) 将定期启动自检,并确定和分析测量信号的自检结果。两次循环自检之间的循环时间不能超过特定值。

5) 当输出故障信号时,过程应过渡到稳定状态。

5.1.3. 故障排除

在整个运行过程中,传感器监控自己的整个系统,此外,在只有一个氧传感器的情况下,以下条件可确保无故障运行:

1) 输出模拟信号和数字信号相互匹配。

2) 通道 K2 中的测量信号应在规定的时间窗口内,并且不是静态的。

3) 应定期正确地执行自检。

故障判断

5.2.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100标定

5.2.1.自动校准

传感器在大气环境(20.7vol%O2±10%)下自动校准。为此两个模拟信号如何同时输入到单片机,必须将空气供应至传感器环境至少 30 秒,例如在燃烧器供氧期间。如果Pin6(通道K2)通过手动或下游设备短接Pin2(GND)10秒,传感器将进行自校准。

如果新测量的氧气水平在 10% 的误差范围内,通道 K2 将继续输出交替输出信号。(如果本次测量超出允许误差范围,K2通道会输出5V误差信号,如果出现硬件故障,K2通道会输出0V误差信号。)校准成功后,测量传感器会在通道内准确K1上的输出信号;20.7vol%O2 对应 8.28V 或 17.25mA(25vol%O2 对应 10V 或 20mA)。如果发生电源中断,仍会保存新的校准值。

仅当输出值在所需值的 ±20% 范围内时,校准才会成功。否则不进行校准,K2通道输出5V误差信号,需要进行如下手动校准。

5.2.2.手动校准

使用氧气含量约为 20.7vol% O2 的完全通风的室内环境空气作为参考气体。20.7vol%O2 对应 8.28V 或 17.25mA(25vol%O2 对应 10V 或 20mA)。

手动校准是使用外壳内 PCB 上的校准电位器 R50 执行的,如下图所示。慢慢调整校准电位器,直到输出接近所需值,校准完成。

手动校准

6.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100串口工作模式

在串口模式下,传感器可以工作在双机模式或多机模式。串口模式命令集如下表所示,所有功能都是从传感器响应上位机命令开始的。为了描述方便,约定ASCII码用粗体表示(例如207)),任意ASCII码用XXXXX表示。十六进制代码(如 57H)用斜体表示并以 H 为后缀,任何十六进制代码都用 xxH 表示。系统代码。传感器每次接收到指令时,ASCII码最多不超过3个。发送数据时,#作为开始符号,0DH 0AH作为结束符号。

串口工作模式

7.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100安装使用

7.1. 电缆连接

传感器使用七针连接器和七芯现场电缆连接下游单元。电缆(包括前后连接线)的最大电阻为100Ω。如下所示:

电缆连接

7.2. 安装

1、 组装固定不锈钢部件,将氧传感器插入机械部分顶部,用固定螺丝固定(组装示意图见下图)。固定好传感器后,请勿拉动传感器的控制箱。

指示

2、 按照手册中的接线说明将电缆中的接线依次焊接到专用连接器上,然后组装连接器。(注意:请仔细检查接线,不要接错或粘在一起)

3、进气屏可拆卸,易于清洁。

进气格栅

7.3. 有害物质损坏氧传感器

由于氧传感器含有二氧化锆和铂金属,以下介质会对传感器造成损坏:

1) 重金属

2) 硫化物

3) 硅胶蒸气

4) 氟

5) 氨(从 1000 ppm 起)

6) 卤烃(从 100 ppm 起)

7) 磷酸盐

8) 氯气

9) 六氟化硫

10) 碳

11) 盐

12) 长时间暴露在还原性空气中

13) 灰尘、振动、污垢、湿气、油、油脂、锅炉清洁剂、重质燃料油、热解气体和氧化硅(硅胶在锅炉中燃烧时产生)会降低氧传感器的使用寿命。

不保证所列清单的完整性。

8.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100产品资料

详情请参阅下表。

例如:JN-O2T100表示​​堆肥氧传感器,带数码管显示,校准键,4~20mA电流信号输出,RS485工作模式,量程0.1~25 vol%O2,被测气体温度上限250 ℃,探棒长度为500mm。

9.堆肥氧浓度监测设备JN-O2T100注意事项

1、 当仪器插入堆肥材料时,不能关闭传感器电源,否则传感器可能无法正常工作而损坏。堆肥氧浓度传感器的探头部分是分子过滤孔,不能堵塞,否则堆肥氧浓度传感器也可能损坏。

2、 堆肥氧浓度传感器工作时,头部会产生高温。请勿触摸,以免烫伤。关闭电源30分钟后才能触摸头部。

© 版权声明
THE END
喜欢就支持一下吧
点赞0
分享
评论 抢沙发

请登录后发表评论