烟气监测系统氧气传感器信号采集处理电路

作者： admin     发布时间：2021-01-21 11:09 烟气监测系统的电化学气体传感器中有专门进行环境监测的传感器系列，我们选择的氧气传感器就是其中之一，型号为 5Fo。5Fo 氧气传感器的测量范围为：0～25％，最大达到 30％。响应时间小于 20 秒。它的输出信号范围为 0.41±0.05m A。传感器的响应时间和负载电阻的大小有直接关系，我们选择 100Ω的低阻值负载电阻，输出的电流信号，在此电阻上产生的压降就是氧气浓度数值。即如果电压为 41m V时，与之对应的被测氧气的浓度为 41％。并且要求在负载电阻上的信号电压不超过100m V。
为了提高测量精度，我们对其进行放大，放大倍数为 100 倍。为方便操作，信号分为两级放大，第一级放大在如下图 4-2 氧气传感器采集处理电路中放大，放大倍数为 20 倍。第二级放大在 A/D 转换电路中放大，放大倍数为 5 倍。在 5Fo 氧气传感器中，输出信号与氧气浓度的关系曲线见图 4-3。这个图所标记的是当负载电阻为 100Ω时，输出信号的情况，可直接测量的浓度范围为 0～25％。可以认为，输出信号的范围为 0～100m V，所对应的氧气浓度为 0～100％。曲线虽然是非线性的，但在曲线的中间部分 5％～25％之间，可认为线性度满足要求。如果不满足线性要求，则可根据公式 =)1/(1log KS Ce- 来折算出氧气的浓度 C，S 为输出信号、K 为常量取 89.14。一氧化氮气体的监测一氧化氮气体与上节所述的二氧化氮、二氧化硫的测量原理类似，即传感器内部回路产生的电动势与被测气体的浓度成正比，发生定量反应，得出结果。测量所用的也是三电级的电化学式气体传感器，具体结构不再赘述，进入传感器内的一氧化氮气体在感应电极发生电化学反应，按照一定的化学计量比进行。
同样的，当传感器确定时，反应生成的电流大小相应的取决于一氧化氮气体的扩散速度，后者与气体的温度、压力、速度等因素也有一定关系。测量出传感器内部产生的电势差，即可准确的得出相对应的一氧化氮气体的浓度值。单片机不能直接接受模拟信号，必须经过 A/D 转换后，即把模拟信号变换成电流或电压信号，单片机才能对处理后的信号进行操作。目前市场上有很多模数转换器，本文选择的是 Texas Instrumentsn 得克萨斯仪器公司 的 ADS8341A/D 转换器，是 16 位高速逐次逼近式、具有串行接口的 A/D 转换器 ADS83XX 系列的产品之一。因为它具有高速、可靠、廉价和与单片机方便接口的特点，所以在单片机系统中被广泛应用。ADS8341 具备：2.7V-5V 单电压供电 、大于 100KHz 的转换速率 、4 通道单独输入或 2 通道差动输入 、86d B 信噪比 、SPI 串行接口和 SSOP-16 封装等几大特性。