基于氧化锆传感器的烟气含氧量检测技术

论文摘要

分析氧含量在工业生产、医学和环境保护等领域有着十分重要的意义。提高燃烧效率,合理利用能源,已成为工业生产中的一个重大课题。在石油、发电、化工等领域,锅炉中烟气氧含量可直接反映燃烧状况,氧含量的测量是非常重要的。本文研究的烟气含氧量在线检测技术是基于氧化锆固体电解质测氧的原理,论文分析了影响氧量测量的各种外在内在因素,得出了烟气氧含量在线测量的实际刻度方程,氧化锆传感器工作温度的恒定控制是提高测量精度的关键性技术之一。综合目前比较常见的温度控制算法,提出一种模糊-PI分段控制的控温方法,并将该方法应用于本系统的设计中,由此设计了适合于烟气含氧量在线检测的测控电路,实验证明该方法显著地提高了氧化锆传感器的控温精度和稳定性。本系统电路设计中采用新型微控制器MSP430系列单片机作为核心,简化了系统硬件设计工作,提高了系统的抗干扰性与稳定性,并给出了氧电势放大电路、热电偶温补调理模块、电压电流转换模块以及通讯模块等外围电路的设计与实现,对其性能做了实验测试,完全满足氧化锆传感器氧含量检测对精度与稳定性的要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 磁氧式氧量传感器
• 1.2.2 电化学式氧传感器
• 1.2.3 光学式氧传感器
• 1.2.4 氧化锆固体电解质氧传感器
• 1.3 本课题的主要研究任务
• 第二章 氧化锆传感器的测氧原理
• 2.1 氧化锆固体电解质测氧机理分析
• 2.2 影响因素与实际刻度方程
• 2.3 测温热电偶
• 2.4 本章小结
• 第三章 传感器检测电路设计
• 3.1 硬件系统组成
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 热电偶的温度补偿
• 3.2.2 氧电势放大电路
• 3.2.3 4-20mA电流输出电路
• 3.2.4 IIC串口EEPROM的读写
• 3.2.5 串口通讯的实现
• 3.2.6 加热控制电路
• 3.3 本章小结
• 第四章 氧化锆传感器控温算法的选择与实现
• 4.1 控制算法的分析
• 4.1.1 PID算法
• 4.1.2 模糊控制
• 4.1.3 模糊-PID复合控制
• 4.2 氧化锆传感器温度控制器设计
• 4.2.1 氧化锆传感器温度控制特点
• 4.2.2 氧化锆传感器PI-模糊控制器设计
• 4.2.3 基本模糊控制器的实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 单片机程序设计与实验测试
• 5.1 单片机程序设计
• 5.2 氧化锆传感器烟气含氧量检测软件设计
• 5.3 实验测试
• 5.4 系统抗干扰措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢