氧气浓度传感器课程设计报告.doc.doc

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1、电子工艺设计目录第1章设计目的意义及要求11.1设计目的及意义11.2设计要求1第2章设计原理2第3章设计内容33.1总体设计33.2工作器件的选择33.3原理图设计43.3.1减法电路43.3.2比例放大部分53.4电路仿真73.5PCB电路设计83.6可靠性和抗干扰设计93.7设计总结10参考文献11I电子工艺设计第1章设计目的意义及要求1.1设计目的及意义在火力发电中，锅炉燃烧调整的首要任务是调整好燃料和风量的配合，烟气中的氧气含量、一氧化碳含量、二氧化碳含量能够直观地反映风量的大小，指导运行人员或自动调节系统合理地调配风、粉比例。确定最佳烟气含氧量的设定值实

2、现燃烧过程优化控制，基于烟气含氧量的变化实现控制及运行稳定，并可以确保经济型。要保持经济和安全稳定燃烧，就必须准确和经常检测锅炉内的含氧量，并根据含氧量适当调节风量，以保持最佳风煤比，维持最佳空气系数。设计目的：(1)了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）；(2)了解印刷电路板的设计和制作过程；(3)掌握电子元器件选型的基本原理和方法；(4)了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧；(5)掌握pH值传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。1.2设计要求选用氧化锆氧量传感器进行烟气含氧量测量，要求测量范围0.1%

3、-20.0%、精度为0.1%。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：(1)设计信号调理电路将传感器输出112-0.6mV的信号转换为0-5V直流电压信号；(2)对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；(3)电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；(4)电路的基本工作原理应有一定说明；(5)电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性（不限制EDA软件类型）。-11-电子工艺设计第2章设计原理氧气传感器是一种用来检测某设备中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制。其基本工作原理是：在一定条件下，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且

4、浓度差越大，电位差越大。在高温及锆的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化钴套管的内外表面。大气中的含氧量比废气多，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，产生一个高电压（0.6-1v），这个信号送到ECU放大处理。生如下电极反应：O2（P2）+4e-→2O^2-氧离子在氧化锆管中迅速迁移到烟气边，在内电极上发生相反的电极反应：2O^2-→O2（P1）+4e-由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边，因而产生的电势又导致氧离子从烟气边反向迁移到空气边，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E,该电势信号符合“能斯特”方程：E=(

5、RT/4F)ln(P1/P2)式中R、F分别是气体常数和法拉第常数，T是锆管绝对温度（K）,P1是空气氧含量（20.6%2）,P2是烟气含量。由（1）式可见，在一定的高温条件下（一般600℃），一定的烟气氧含量便会有一对应的电势输出，在理想状态下，其电势值在高温区域内对应氧含量。如果被测气体和参比气体的压力均为P，则有E=(RT/4F)ln(P1/P/P2/P)P1/P=V1/V=X1P2/P=V2/V=X2X1，X2—被测气体和参比气体氧气体积百分比含量。所以有：E=(RT/4F)ln(X1/X2)氧化锆传感器测量范围为0.1%-20.0%时，传感器输出信号为11

6、2-0.6mV，为了便于将传感器输出信号处理和传输，我们需将传感器信号转换成0-5V标准信号。所以需要设计一调理电路完成。-11-电子工艺设计第3章设计内容3.1总体设计氧化锆传感器输入信号与0.6mv电压信号作差，使信号变为0-111.4mv，即U1A部分完成的功能。减法电路输出的信号需要经过一个同相比例放大器放大，使信号变为0-5V的标准电压信号。所以U1B部分完成放大信号的作用。最终将传感器输入的112-0.6mV信号转换成电压信号。整体设计的电路图如下：图3-1电路原理图3.2工作器件的选择表1元器件及对应价格器件类型数量单价合计电阻60.10.6滑动变阻器

7、11.01.0放大器21.83.6氧化锆112001200所需电路板长3.8cm，宽2.6cm,面积9.88cm2，价格约为1.2元。共计：1206.4元。-11-电子工艺设计3.3原理图设计3.3.1减法电路首先氧化钴传感器输入信号与0.6mv电压信号作差，使信号变为0-111.4mv，完成将下限调为0的作用。原理图如下：图3-2减法电路原理图作用：将0.6mV—112mV电压转换为0—111.4mV电压电路原理：差分式减法运算电路是利用一级运放实现的电路，如图所示。要进行运算的两路信号分别由运放的同相和反相输入端送入，这是一种差分输入方式。由于存在着负反馈，