堆肥氧濃度監測儀器

JN-O2T100堆肥氧濃度監測儀器主要特點:

1、主要用于測定畜禽糞污發酵過程中的氧濃度，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控制與監測。外部使用帶有進氣孔的不銹鋼插桿對探頭加以保護，以確保糞污肥料中的氧氣能夠讓插桿中的傳感器探測到，可以實現實時精準監測，又可以避免糞污肥料顆粒堵塞傳感器端部而使其損壞。

3、該款設備不僅使用方便，而且還便于清洗。

4、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)為基礎的動態氧氣傳感器，它以兩塊二氧化鋯板形成的一個密閉空腔的動態過程作為測量基礎。

該款儀器具有以下明顯的優點：

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

2)、具有故障監測功能， 無需使用額外的氧氣傳感器來保證可靠性?？梢酝瑫r監測使用過程中自身的工作狀態，報告電氣線路和傳感器的故障。測試數據的分析與處理通過一個由用戶后置的設備來完成，該設備取決于用戶的技術說明。（如：堆肥氧量控制，顯示，測量儀表，可編程邏輯控制器PLC，通風系統等）

3)、不需要專門人員和標準氣體，在大氣條件下即可自動完成校準。

4)、測量過程無需化學介質，使用壽命長于電化學傳感器。

5)、本質上測量的是堆肥物料中混合氣體的氧氣分壓，但通過校準，可以輕松的將輸出轉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數字信號輸出,帶有3位數碼管顯示和校準鍵。標準測量范圍0.1～25 vol%O2 ，并可提供0.1～100 vol%O2 中的任意量程產品

2. 性能參數

1）、技術參數

2）、特性參數

3.工作原理

系統原理方框見下圖。24V直流電源輸入后，一路用于產生系統內部的工作電壓，一路用于氧探頭的加熱。

經過一定時間的上電預熱，氧探頭中的二氧化鋯，在達到700℃的工作溫度后，由絕緣體成為氧離子導體。動態氧傳感器*的雙鋯盤結構，使氧探頭、信號放大器、邏輯監測模塊和離子泵形成穩定的負反饋回路。當溫度穩定時，負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，用以測試系統的工作狀態是否反應良好。

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、自動校準和故障報警等硬件功能，極大的簡化了后端設備的使用。

4.工作模式

傳感器采用復用的七插腳連接器及七芯現場電纜線連接下游單元。根據測試、校準和故障報警功能的后端連接方式不同，分為數字、串口兩種工作模式，相應引腳定義如下表。

模擬信號輸出可以通過內部跳線選擇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，直接連接內部的校準輸入端，方便用戶執行校準功能。

對于常規使用，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等設備上。

不同工作模式完整的故障監測功能使用，參看下面的具體敘述。

5.數字工作模式

5.1. 故障監測

如果需要，傳感器可以實現故障監測功能。

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，測量值作為一個調制脈寬的交變數字脈沖信號輸出（低/高相位0/5V）。低相位的長度是氧濃度的量度。

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

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的，傳感器的整體性能可以在任何時間監測包括使用當中；這是一種理想的循環監測方式（如上圖），為此，在檢測信道Pin4輸入24V電壓，相應傳感器泵電流將有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。

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

用戶處理下游的外部設備須能夠對測量信號進行測定，并處理和監控這個動態的自檢。

對于一個故障信息的反應應該符合用戶的規范要求，并且該反應應該由客戶使用的外部監控單元管理。出于這個原因，這類設備應達到必要的要求：

1) 這個單元須是故障保護設備，例如，以下描述的處理必須無誤的執行，輸入信號必須無誤的讀入，輸出信號無誤的輸出。

2) 在應用允許的故障誤差時間內，信道K1，K2中的測量值應長期性的進行比較。

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

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果須做測定和分析。兩個循環自檢的間隔周期時間不能超過一個特定的值。

5) 當一個故障信號輸出時，這個處理須轉換到一個穩定狀態。

5.1.3. 故障判斷

在操作的全過程中，傳感器監控自身的整個系統，另外，在只需一只氧傳感器的情況下，下列情況時確保是*操作：

1) 輸出的模擬信號和數字信號互相符合。

2) 信道K2中的測量信號應在規定的時間窗口內，并且不是靜態的。

3) 自檢要正確的周期性的循環執行。

5.2.校準

5.2.1.自動校準

傳感器在大氣環境下（20.7vol%O2±10％）進行自動校準。為此，須提供給傳感器大氣環境的空氣至少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備的方式將Pin6（信道K2）短接Pin2（GND）10秒，傳感器將進行自校準。

如果新測量到的氧含量值在10％的誤差范圍內，信道K2繼續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生，信道K2會輸出一個0V的錯誤信號。）成功完成校準后，測量傳感器會在信道K1上準確的輸出信號；20.7vol%O2對應到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應到10V或20mA)。如果一個電源中斷出現，則新的校準值仍會被保存。

只有輸出值在要求值的±20%偏差范圍內，校準才會成功。否則校準不會進行，并且信道K2將輸出一個5V的錯誤信號，這時需要進行下面的人工校準。

5.2.2.人工校準

含氧量大概20.7vol%O2的一個*通風的室內環境空氣作為基準氣體。20.7vol%O2對應到8.28V或17.25mA(25vol%O2對應到10V或20mA)。

如下圖所示，使用殼體內部PCB板上的校準電位器 R50 執行人工校準。緩慢的調整校準電位器，直到輸出接近要求值，校準完成。

6.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進制碼（例如57H），以xxH表示任意16進制碼。傳感器接收指令時，每次最多不超過3個ASCIC碼，發送數據時，均以#作為起始符，0DH 0AH作為結束符。

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場電纜線連接下游單元，電纜線（包括前后端連接導線）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。

2、 根據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：請仔細檢查接線，不要接錯，粘連）

3、進氣篩網是拆裝式的，方便清洗。

7.3. 有害物質損壞氧氣傳感器

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) 鹵素碳氫化合物（從100ppm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。

8.JN-O2T100堆肥氧濃度監測儀器產品信息

具體信息詳見后表。

例如：JN-O2T100表示堆肥型氧量傳感器，帶數碼管顯示、校準鍵，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。

9.注意事項

1、 儀器在插到堆肥材料中，傳感器不能斷電，否則可能導致傳感器工作不正常以致損壞，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生高溫，請勿觸摸以免燙傷，關閉電源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錯誤，請在專業人員的指導或由專業人員維修，請勿私自打開堆肥氧濃度傳感器。