專利名稱：一種測量氧氣濃度的儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量氧氣濃度的儀器，可應用于工礦企業環境，船艙，坑道，化肥工業氣體中氧含量的測定等相關領域。
背景技術：
現有的測量氧氣濃度的儀器是由電化學傳感器構成，由于電化學傳感器不穩定，儀器經常出現測量不準確等現象，所以在氧含量測量不準的時候就需要重新進行定標。由于現場環境的局限以及人員對定標操作過程的不熟悉，都會產生定標不準確和誤操作等問題。另一方面，儀器測量結果受外界溫度的影響比較大，并且不適宜工作于低溫的環境。
實用新型內容本實用新型技術解決的問題克服現有技術的不足，提供一種測量氧氣濃度的儀器，不易受外界溫度的變化影響，實現了對實時氧氣濃度的精確測量，且測量精度高，響應速度快。本實用新型的技術解決方案一種測量氧氣氣體濃度的儀器，包括智能控制單元I、數據采集模塊2、提供系統統一時間基準的系統時鐘模塊3、輸出+5V和+24V直流對整個儀器提供電源的開關電源模塊4、液晶顯示模塊5、打印機模塊6、按鍵模塊7和用于數據傳輸的通信模塊8，所述數據采集模塊2由氧化鋯氧傳感器10、傳感器電流轉化電壓電路11和電壓放大電路12組成；氧化鋯氧傳感器10的輸出送至傳感器電流轉化電壓電路11中，傳感器電流轉化電壓電路11的輸出與電壓放大電路12連接；智能控制單元I通過串行接口與通信模塊8雙向連接；數據采集模塊2、系統時鐘模塊3、開關電源模塊4和按鍵模塊7的輸出分別通過串行接口與智能控制單元I相連接；智能控制單元I的輸出通過串行接口分別與液晶顯示模塊5和打印機模塊6相連接；對整個儀器提供電源的開關電源模塊4的輸出分別與數據采集模塊2、系統時鐘模塊3、液晶顯示模塊5、打印機模塊6、按鍵模塊7和用于數據傳輸的通信模塊8連接。工作時，氧化鋯氧傳感器10傳送過來的電流信號送至傳感器電流轉化電壓電路11中，傳感器電流轉化電壓電路11將電流轉化為電壓，并將得到的電壓值通過電壓放大電路12進行放大后送至智能控制單元I中進行A/D轉換，智能控制單元I根據氧化鋯氧傳感器I的特性曲線，計算出所得到的氧氣含量的濃度值；系統時鐘模塊3將當前日期和時間以BCD碼的形式傳送給智能控制單元I，智能控制單元I收到系統時鐘模塊3傳送過來的BCD碼格式的數據后，將其轉換成十進制的日期和時間，然后將當前日期和時間以及當前時間下計算得出的氧含量值送至液晶顯示模塊5顯示出來，同時送至打印機模塊6,打印機模塊6根據系統設置的時間來打印氧含量曲線；開關電源模塊4輸出+5V和+24V直流，對整個儀器提供電源；外接的其他設備通過通信模塊8發送一定格式的要求碼，智能控制單元I通過通信模塊8將計算得出氧含量結果傳送到其他通信設備。所述智能控制單元I由AVR單片機ATMEGA128完成，內部自帶FLASH、SRAM、EEPROM、多個定時或計數器、串口、A/D轉換器和PWM。[0006]所述系統時鐘模塊3采用時鐘芯片DS1302，通過配合外置備用鎳鎘電池，實現斷電不丟失數據的功能。所述通信模塊8有兩種通信方式，一種是4-20MA電流輸出模式，另一種是485通信模式。所述氧化鋯氧傳感器10的熔點2200°C以上，氧化鋯氧傳感器10的外邊包裹著圓環形的聚四氟乙烯材料，氧化鋯傳感器10的尾部由聚四氟乙烯材料做成圓片遮擋保溫，其中氧化鋯傳感器10的起始部分采用純鋁加工而成，外表經過金屬抗氧化處理，耐腐蝕性好。所述氧化鋯氧傳感器10的加熱電壓，即供電電壓實現從0-3. 75V緩慢上升，這樣可以使開機后氧化鋯氧傳感器10兩端電壓由OV增長到工作電壓3. 75V，不會因為上電電壓突變導致氧化鋯氧傳感器10損壞。本實用新型與現有技術相比的優點在于(I)本實用新型由智能控制單元、數據采集模塊、時鐘模塊等組成，數據采集模塊由氧化鋯氧傳感器和傳感器電流轉化電壓電路組成，而且氧化鋯氧傳感器為氧化鋯氧傳感器，由不易受外界溫度的變化影響，實現了對實時氧氣濃度的精確測量，且測量精度高，響應速度快。(2)此外，本實用新型的氧化鋯氧傳感器由穩定的氧化鋯材料制造，熔點2200°C以上，耐高溫，外邊包裹聚四氟乙烯材料，有效保持傳感器內部環境溫度的穩定，從而使得測量的氧含量值更準確。(3)本實用新型在實現測量待測氣體的含氧量濃度的同時，還實現了打印氧含量變化曲線的功能，這樣可以使用戶更方便直觀的觀察氧含量的變化。(4)本實用新型能夠提供通信模塊作為儀器與其它儀器通信的方式，這樣可以很方便的將本儀器測量的結果值傳送到其他設備，實現在其他設備上監控本儀器的效果。(5)本實用新型在儀器報警的時候，帶獨立節點輸出；上限報警或下限報警對應的繼電器動作，常開變為常閉，常閉變為常開。通過開關量可以外接報警器或是其他在測氧儀報警時刻動作的設備，對報警狀態進行指示或動作。(6)本實用新型的氧化鋯氧傳感器加熱(供電)部分采用特殊電路保護，剛上電時，氧化鋯氧傳感器電壓由OV緩慢上升到3. 75V，可以有效的保護氧化鋯氧傳感器。(7)將本實用新型的一些重要參數放在工廠設置菜單中，并且增加密碼功能，這樣可以防止使用者錯誤操作而損壞儀器。維護者或是用戶本身可以參照說明書來更改這些參數。
圖I為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型的數據采集模塊的硬件框圖；圖3為本實用新型的傳感器氣室的示意圖；圖4為本實用新型的工作過程框圖。
具體實施方式
[0022]如圖I所示，本實用新型測量氧氣濃度的儀器，包括智能控制單元、數據采集模塊、系統時鐘模塊、開關電源模塊、液晶顯示模塊、打印機模塊、按鍵模塊、通信模塊，其中智能控制單元I由高性能的AVR單片機ATMEGA128完成，該芯片具有高性能，低功耗的特點。內部自帶FLASH、SRAM、EEPROM。多個定時/計數器、串口、ADC、PWM。如圖2所示，數據采集模塊2包括氧化鋯氧傳感器10、傳感器電流轉化為電壓電路11和電壓放大電路12。氧化鋯氧傳感器10檢測氧含量的變化并輸出與氧含量成一定關系的電流值，此電流經過傳感器電流轉化電壓電路11將氧化鋯氧傳感器10輸出的電流轉化為電壓，然后經過電壓放大電路12的放大作用，送到智能控制單元I的A/D轉換器進行轉換，智能控制單元I將轉換后得出的A/D值進行分析和計算，得到當前通入儀器氣體的濃度值。 系統時鐘模塊3為儀器提供統一的時間基準。本實用新型采用時鐘芯片DS1302，該芯片體積小，工作電壓范圍寬，管腳數量少，可以計算2100年之前的時間，并具有閏年調整功能。通過配合外置備用鎳鎘電池，儀器可以實現斷電不丟失數據的功能。開關電源模塊4輸出+5V和+24V直流來對整個系統供電。該開關電源具有輸入電壓范圍寬，輸出電壓穩定，不易受電網電壓波動的影響，帶負載的能力強，并且轉換效率高。液晶顯示模塊5采用藍色背光128 * 64點陣液晶顯示屏，每行可以顯示8個漢字或是16個字母，共4行。儀器正常工作的狀態下，液晶屏幕主界面上可以顯示儀器當前日期和時間，以及當前時間下的氧含量濃度值，如果儀器正在處于報警狀態，還可以顯示報警的狀態，例如屏幕提示上限報警和下限報警。此外，本實用新型具有上限報警和下限報警功能，當氧氣含量超過上限報警值或是低于下限報警值的時候，智能控制單元控制蜂鳴器和報警指示燈，儀器聲光報警，并且智能控制單元I輸出信號到液晶屏幕，屏幕提示上限報警或下限報警，同時智能控制單元I控制打印機打印一條提示信息。打印機模塊6采用微型面板式打印機，該打印機功耗小，噪音低，支持串口通信方式，與單片機連接管腳少，可以很大程度的節省單片機IO 口資源。該打印機可以打印儀器的各種狀態信息以及測得的氧含量變化的曲線。按鍵模塊7采用5個獨立按鍵，性能穩定，按鍵支持單擊和連擊功能。并且每一個按鍵都有兩種功能。一種是常用功能時間、含量、預置、打印、定標。另一種是第二功能Λ▽<)[> 口分別對應上、下、左、右、確定。通信模塊8有兩種與其它設備通信的方式。一種是4-20ΜΑ電流輸出模式，一種是485通信模式。4-20ΜΑ電流輸出中輸出4ΜΑ對應氧含量濃度O. 01 %，輸出20ΜΑ對應氧含量濃度29. 99% ；485通信模式遵循MODBUS通信協議。如圖3所示，傳感器氣室包括傳感器外殼、聚四氟乙烯環形包圍材料、聚四氟乙烯后擋板等組成。氣室外殼采用純鋁加工而成，表面做了抗氧化，抗腐蝕等工藝處理。聚四氟乙烯可以承受氧化鋯氧傳感器工作時候的高溫，同時可以對氧化鋯氧傳感器進行保溫，使氧化鋯氧傳感器工作在相對穩定的環境中，防止外界溫度變化影響氧化鋯氧傳感器溫度，從而影響氧化鋯氧傳感器的測量準度。待測氣體由進氣口 13通入，經過氧化鋯氧傳感器10，然后由出氣口 14排出。氧化鋯氧傳感器10供電電壓由OV緩慢上升到正常工作的
3.75V，這樣做可以保證氧化鋯傳感器10每次上電的時候，電壓都從零開始，不至于每次上電的電壓突變而損壞傳感器。[0032]本 實用新型對工礦企業環境，船艙，坑道，化肥工業氣體中氧含量的測定，對避免生產過程中由于過氧而發生的系統爆炸，以及防止檢修人員在缺氧環境中發生窒息事故是很有效的。對糧食，蔬菜，果品，煙草，中草藥，干果等的氣體儲藏中進行氧含量測定。對醫療事業中的呼吸機，麻醉機，高壓氧倉嬰兒保育箱以及宇航，潛水作業進行氧含量分析。是中學，高等院校，醫學院的物理、化學、生物等方面的實驗不可缺少的實驗設備。適應在氣象部門、制藥廠針劑質檢中的氧含量的測定。
權利要求1.一種測量氧氣氣體濃度的儀器，其特征在于包括智能控制單元(I)、數據采集模塊(2)、系統時鐘模塊(3)、開關電源模塊(4)、液晶顯示模塊(5)、打印機模塊￠)、按鍵模塊(7)和通信模塊(8);所述數據采集模塊(2)由氧化鋯氧傳感器(10)、傳感器電流轉化電壓電路(11)和電壓放大電路(12)組成；氧化鋯氧傳感器(10)的輸出至傳感器電流轉化電壓電路(11)，傳感器電流轉化電壓電路(11)的輸出與電壓放大電路(12)連接；智能控制單元(I)通過串行接口與通信模塊(8)雙向連接；數據采集模塊(2)、系統時鐘模塊(3)、開關電源模塊⑷和按鍵模塊⑵的輸出分別通過串行接口與智能控制單元⑴相連接；智能控制單元(I)的輸出通過串行接口分別與液晶顯示模塊(5)和打印機模塊(6)相連接；對整個儀器提供電源的開關電源模塊(4)的輸出分別與數據采集模塊(2)、系統時鐘模塊(3)、液晶顯示模塊(5)、打印機模塊￠)、按鍵模塊(7)和用于數據傳輸的通信模塊(8)連接。
2.根據權利要求I所述的測量氧氣氣體濃度的儀器，其特征在于所述智能控制單元(I)由AVR單片機ATMEGA128完成，內部自帶FLASH、SRAM、EEPROM、多個定時或計數器、串口、A/D轉換器和PWM。
3.根據權利要求I所述的測量氧氣氣體濃度的儀器，其特征在于所述系統時鐘模塊(3)采用時鐘芯片DS1302，外置備用鎳鎘電池。
4.根據權利要求I所述的測量氧氣氣體濃度的儀器，其特征在于所述通信模塊(8)有兩種通信方式，即4-20MA電流輸出和485通信方式。
5.根據權利要求I所述的測量氧氣氣體濃度的儀器，其特征在于所述氧化鋯氧傳感器(10)的熔點2200°C以上，氧化鋯氧傳感器(10)的外邊包裹著圓環形的聚四氟乙烯材料，氧化鋯傳感器(10)的尾部由聚四氟乙烯材料做成圓片遮擋保溫，其中氧化鋯傳感器(10)的起始部分采用純鋁加工而成。
專利摘要一種測量氧氣氣體濃度的儀器，包括智能控制單元、數據采集單元、時鐘模塊、開關量輸出模塊、按鍵模塊、液晶顯示模塊、打印機模塊、485通信模塊。其中智能控制單元采用高速高穩定性的AVR微型單片機為核心，數據采集單元由單片機內部A/D轉換器組成，數據采集單元對氧化鋯氧傳感器部分傳過來的AD值進行采樣，將采樣結果送到單片機內部的運算單元進行分析和計算，最終計算得出氧含量濃度。并且將計算的結果顯示在液晶屏幕上，并且智能控制單元控制打印機打印氧含量變化的曲線。本實用新型實現了對實時氧氣濃度的測量，精度高，測量準，響應速度快。
文檔編號G01N27/26GK202442990SQ201220077380
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者葉慧秀 申請人:北京宏大京電電子技術有限公司