烟气氧含量检测技术的研究

论文摘要

氧含量的检测在工业生产、环境保护等领域有着重要的意义。在石油、能源、化工等领域,烟气中氧的含量可直接反应燃烧情况。根据烟气中的氧气含量来调整燃料与空气的配比,可以起到保护环境、节约能源的作用。本文设计并研制了一种基于能斯特方程的烟气氧量检测系统。阐述了烟气氧量检测系统的硬件和软件设计。硬件设计部分以MSP430单片机为核心,主要包括检测电路的设计。包括MSP430F169接口电路、热电偶信号前端处理电路、氧化锆氧传感器信号前端处理电路、A/D转换电压基准电路、420mA标准信号输出电路、温度控制电路、数据存储电路以及串口通讯电路共八个部分。软件设计部分主要包括主程序设计和控温算法设计。开展的具体工作如下:1、根据烟气氧含量检测的总体要求,选用氧化锆传感器,设计了检测电路,并绘制硬件线路板;2、以功能丰富的MSP430单片机为中央控制单元,仅利用模糊控制算法,实现了传感器温度的恒温控制,经实验验证,传感器温度可长期稳定在700±2℃的范围内;3、利用标准气体单元和传感器氧含量修正方程,对系统进行了参数校正,并利用另一种浓度的标准气体对校正后的氧含量修正方程进行了检验,相对误差为-0.99%,线性良好;4、利用单片机内部D/A转换器及外围V/I电路,实现了420mA标准工业控制信号的输出以供其他仪表使用,输出电流的精度等级为5.0级。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要完成的任务
• 第二章 氧化锆氧传感器的测量原理
• 2.1 氧化锆氧传感器简介
• 2.2 氧化锆氧传感器的测氧原理
• 2.2.1 氧化锆材料的导电性
• 2.2.2 氧浓差电池原理
• 2.2.3 能斯特方程
• 第三章 氧传感器检测电路设计
• 3.1 系统工作原理
• 3.2 MSP430F169 性能特点
• 3.3 检测电路设计
• 3.3.1 MSP430F169 接口电路设计
• 3.3.2 热电偶前端电路
• 3.3.3 氧化锆前端电路
• 3.3.4 A/D转换电压基准电路
• 20mA标准信号输出电路'>3.3.5 4²0mA标准信号输出电路
• 3.3.6 温度控制电路
• 3.3.7 数据存储电路
• 3.3.8 串口通讯电路
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 MSP430 调试及开发工具
• 4.2 主程序设计
• 4.3 控温算法的选择
• 4.3.1 控制算法介绍及分析对比
• 4.3.2 控制算法选择
• 4.4 模糊控制算法
• 4.4.1 模糊逻辑的数学基础
• 4.4.2 模糊集合的运算
• 4.4.3 模糊逻辑与模糊推理
• 4.4.4 模糊控制器的设计流程
• 4.4.5 传感器控温算法设计
• 第五章 误差分析及实验结果
• 5.1 误差分析
• 5.1.1 传感器误差
• 5.1.2 检测电路误差
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 氧含量信号
• 20mA标准输出信号'>5.2.3 4²0mA标准输出信号
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢