堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備

　　1. JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備概述

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備主要用于測定堆肥物料中的氧氣含量，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(chǔ)的動態(tài)氧氣傳感器，它以兩塊二氧化鋯板形成的一個密閉空腔的動態(tài)過程作為測量基礎(chǔ)。主要用于堆肥坑，堆肥窖以及堆肥實驗器中氧含量的自動控制與監(jiān)測。外部使用不銹鋼防護(hù)裝置對氧傳感器探頭進(jìn)行保護(hù)，防護(hù)裝置頭部有進(jìn)氣孔，即保證堆肥物料中的氣體可以順暢擴散到探頭附近進(jìn)行實時準(zhǔn)確測量，清洗方便，又防止堆肥物料中的顆粒物質(zhì)堵塞探頭頂部的分子隔離柵導(dǎo)致敏感器件損壞。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備

　　JN-O2T100JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備注意事項

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備相比其它類型的氧量傳感器，具有以下明顯的優(yōu)點：

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

　　2)、具有故障監(jiān)測功能， 無需使用額外的氧氣傳感器來保證可靠性?？梢酝瑫r監(jiān)測使用過程中自身的工作狀態(tài)，報告電氣線路和傳感器的故障。測試數(shù)據(jù)的分析與處理通過一個由用戶后置的設(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，測量儀表，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完成校準(zhǔn)。

　　4)、測量過程無需化學(xué)介質(zhì)，使用壽命長于電化學(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)字信號輸出,帶有3位數(shù)碼管顯示和校準(zhǔn)鍵。標(biāo)準(zhǔn)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. JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備性能參數(shù)

　　1）、技術(shù)參數(shù)

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備技術(shù)參數(shù)

　　2）、特性參數(shù)

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備特性參數(shù)

　　3.JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備工作原理

　　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。動態(tài)氧傳感器獨特的雙鋯盤結(jié)構(gòu)，使氧探頭、信號放大器、邏輯監(jiān)測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，負(fù)反饋的脈沖輸出信號的周期時間，與氧量成線性正比。

　　單片機采集脈沖信號，經(jīng)過運算和修正，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，同時作為故障報警信號的輸出端，以及校準(zhǔn)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(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試、自動校準(zhǔn)和故障報警等硬件功能，極大的簡化了后端設(shè)備的使用。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備工作原理

　　4. JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備工作模式

　　傳感器采用復(fù)用的七插腳連接器及七芯現(xiàn)場電纜線連接下游單元。根據(jù)測試、校準(zhǔn)和故障報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。

　　模擬信號輸出可以通過內(nèi)部跳線選擇0～10V電壓信號或4～20mA電流信號。串口工作模式主要推薦RS485總線工作模式。UART是單片機的串口不經(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。

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

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備工作模式

　　不同工作模式完整的故障監(jiān)測功能使用，參看下面的具體敘述。

　　5. JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備數(shù)字工作模式

　　5.1. 故障監(jiān)測

　　如果需要，傳感器可以實現(xiàn)故障監(jiān)測功能。

　　5.1.1. 如何偵測故障

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

　　當(dāng)信道K1中測量值的模擬信號與信道K2中的測量值的數(shù)字信號相符合（最大誤差<4％）時，傳感器正在無故障工作。另外信道K2中低相位持續(xù)0.09-0.71秒，這個值對應(yīng)氧濃度值0.1或25vol%O2(在不同的測量范圍，該值相應(yīng)改變)。

　　如果交變信號（高＋低）超出了0.2-4秒的時間窗(例如：10％的故障誤差)或持續(xù)的5V故障信號，這時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態(tài)的，傳感器的整體性能可以在任何時間監(jiān)測包括使用當(dāng)中；這是一種理想的循環(huán)監(jiān)測方式（如上圖），為此，在檢測信道Pin4輸入24V電壓，相應(yīng)傳感器泵電流將有20％的降低。一個比實際值低的氧含量值在測量系統(tǒng)中仿真出來，在信道K1中檢測傳感器是否正確的計算了這個虛擬的氧含量值。

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

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備故障偵測原理

　　外部測試信號是為了監(jiān)測傳感器工作時的性能。K1=Channel 1 U(M); K2=Channel 2 f(M); t(TI)=外部監(jiān)測信號的時間間隔。間隔時間的長短取決于應(yīng)用；U（MT）＝外部監(jiān)測時K1的測量信號。隨著這個測試設(shè)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(jiān)控單元

　　用戶處理下游的外部設(shè)備須能夠?qū)y量信號進(jìn)行測定，并處理和監(jiān)控這個動態(tài)的自檢。

　　對于一個故障信息的反應(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。出于這個原因，這類設(shè)備應(yīng)達(dá)到必要的要求：

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

　　2) 在應(yīng)用允許的故障誤差時間內(nèi)，信道K1，K2中的測量值應(yīng)永久性的進(jìn)行比較。

　　3) 信道K2中的輸出信號的時間的真實情況須持續(xù)的檢測，出于這個考慮靜態(tài)信號將被認(rèn)為是內(nèi)部錯誤。

　　4) 在周期的間隔時一個自檢將被啟動，并且這個對于測量信號的自檢結(jié)果須做測定和分析。兩個循環(huán)自檢的間隔周期時間不能超過一個特定的值。

　　5) 當(dāng)一個故障信號輸出時，這個處理須轉(zhuǎn)換到一個穩(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)控自身的整個系統(tǒng)，另外，在只需一只氧傳感器的情況下，下列情況時確保是無故障操作：

　　1) 輸出的模擬信號和數(shù)字信號互相符合。

　　2) 信道K2中的測量信號應(yīng)在規(guī)定的時間窗口內(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。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備故障判斷

　　5.2. 校準(zhǔn)

　　5.2.1.自動校準(zhǔn)

　　傳感器在大氣環(huán)境下（20.7vol%O2±10％）進(jìn)行自動校準(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)輸出一個交變的輸出信號。（如果這個測量值在允許的誤差范圍之外，信道K2將輸出一個5V的錯誤信號，如果一個硬件故障發(fā)生，信道K2會輸出一個0V的錯誤信號。）成功完成校準(zhǔn)后，測量傳感器會在信道K1上準(zhǔn)確的輸出信號；20.7vol%O2對應(yīng)到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應(yīng)到10V或20mA)。如果一個電源中斷出現(xiàn)，則新的校準(zhǔn)值仍會被保存。

　　只有輸出值在要求值的±20%偏差范圍內(nèi)，校準(zhǔn)才會成功。否則校準(zhǔn)不會進(jìn)行，并且信道K2將輸出一個5V的錯誤信號，這時需要進(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的一個完全通風(fēng)的室內(nèi)環(huán)境空氣作為基準(zhǔn)氣體。20.7vol%O2對應(yīng)到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應(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。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備人工校準(zhǔn)

　　6.JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備串口工作模式

　　串口模式下，傳感器可工作于雙機模式或多機模式。串口模式指令集見下表，所有的功能均從傳感器響應(yīng)上位機的指令開始。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，每次最多不超過3個ASCIC碼，發(fā)送數(shù)據(jù)時，均以#作為起始符，0DH 0AH作為結(jié)束符。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備串口工作模式

　　7. JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備外觀結(jié)構(gòu)

　　傳感器外觀結(jié)構(gòu)見下圖。敏感頭通過一個不銹鋼保護(hù)盤座熔接安裝在桿狀探頭的一端。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備外觀

　　8.JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備安裝和使用

　　8.1. 電纜連接

　　傳感器采用七插腳連接器及七芯現(xiàn)場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：

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備電纜連接

　　8.2. 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（組裝圖見下圖），切忌固定好傳感器后不要再拉動傳感器的控制盒。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備安裝圖

　　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：請仔細(xì)檢查接線，不要接錯，粘連）

　　3、進(jìn)氣篩網(wǎng)是拆裝式的，方便清洗。

　　JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備進(jìn)氣柵

　　8.3. 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?xì)浠衔铮◤?00ppm起）

　　7) 磷酸鹽脂

　　8) 氯

　　9) 六氟化硫

　　10) 碳

　　11) 鹽

　　12) 長時間在還原性空氣中

　　13) 灰塵、震動、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）降低氧氣傳感器的使用壽命。

　　不保證所列清單的完整性。

　　9.JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備產(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℃，探桿長度500mm。

　　10.JN-O2T100堆肥氧濃度含量監(jiān)測設(shè)備注意事項

　　1、 儀器在插到堆肥材料中，傳感器不能斷電，否則可能導(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損壞。

　　2、 堆肥氧濃度傳感器工作時頭部會產(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(shù)錯誤，請在專業(yè)人員的指導(dǎo)或由專業(yè)人員維修，請勿私自打開堆肥氧濃度傳感器。
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　　審核編輯：鄢孟繁