CN101246139A - 氧化锆分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化锆分析仪，多点待测气体通过铜管连接到电磁阀上，多点电磁阀汇聚于一支管道上，所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管内，经流量计控制气体的流量后，经抽气泵输出；在电磁阀及抽气泵同时开始工作时，温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉加热，此时氧化锆管产生的氧电势，经数据采集模块进行放大处理后输入到控制器，控制器将采集来的信号进行运算处理，最后将运算的结果输出至显示器。本发明操作方便、运行可靠，操作人员根据工艺要求将气氛数值输入仪器后，仪器可在无人坚守的情况下昼夜自动定时巡回监测，记录检测结果。

Description

氧化锆分析仪

技术领域

本发明涉及气氛监测仪器，尤其是涉及一种可在无人坚守的情况下昼夜自动定时巡回监测，记录检测结果的氧化锆分析仪。

背景技术

目前，需要气氛监测仪器的公司每年都要投入大笔资金重复购买氧分仪，从使用的ZO-502型氧化锆氧分仪来看，它的工作过程和存在的缺点如下：1、工作过程为：待测气体通过橡胶软管连接到仪器的输入口，进入带加热炉的氧化锆管内，在经玻璃转子流量计控制气体的流量，后经抽气泵输出。加热炉内的热电偶产生的电势经OP07放大及氧化锆管产生的氧电势，输入到CD4051进行通道选择的信号进入IC7109双积分电路后，再经89C51进行运算处理，最后将结果输出到数码管上进行显示。2、目前的氧分仪存在的缺点：(1)、一次只能检测一个点，每检测一点需要人工切换气源；(2)、须设专人测试；(3)、切换气管时，空气易进入气管内，待气管内的空气被置换完，要等待一定的时间；(4)、内部曲线修改范围窄，氧化锆管稍有氧化就无法使用，增加了维修成本；(5)、精度不高、不稳定，一般使用到半年时间就很难检测到微量；(6)、仪器的响应时间慢；(7)、监测数据无法自动记录，需手工记录。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便，运行可靠，一次性对多点进行检测，而且可在无人坚守的情况下昼夜自动定时巡回监测，记录检测结果的氧化锆分析仪。

为了到达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种氧化锆分析仪，其特征在于：多点待测气体通过铜管连接到电磁阀上，多点电磁阀汇聚于一支管道上，所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管内，经流量计控制气体的流量后，经抽气泵输出；在电磁阀及抽气泵同时开始工作时，温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉进行温度控制加热，此时氧化锆管产生的氧电势，经数据采集模块进行放大处理后输入到控制器，控制器将采集来的信号进行运算处理，最后将运算的结果输出至显示器。

所述电磁阀在整个运行过程中，是循环启动和关闭的，启动和关闭的时间是根据设定的时间进行运行的，第一个电磁阀启动时，抽气泵也启动，在循环过程中，只有电磁阀进行切换，直到循环完一周，电磁阀和抽气泵才同时停止工作，等设定的待机时间到后，才开始第二轮的工作。

所述控制器对电磁阀开启或关闭、每个电磁阀运行的时间、历史数据的储存进行控制，通过显示器对各电磁阀进行手动控制，参数的修改。

所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管前经过活性碳过滤器过滤.。所述温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉进行温度控制加热至700℃～800℃时电磁阀及抽气泵同时开始工作。700℃～800℃是氧化锆管正常的温度使用范围。

所述流量计为玻璃转子流量计.或质量流量计。

所述控制器为ARM8008控制器；采集模块采用89C51芯片。

所述加热炉中氧化锆管的恒定温度定在700±2℃范围内。

本发明由于将多点待测气体通过铜管连接到电磁阀上，多点电磁阀汇聚于一支管道上，所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管内，经流量计控制气体的流量后，经抽气泵输出，本发明可以一次性对多点进行检测，操作更方便，在电磁阀及抽气泵同时开始工作时，温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉进行温度控制加热，此时氧化锆管产生的氧电势，经数据采集模块进行放大处理后输入到控制器，控制器将采集来的信号进行运算处理，最后将运算的结果输出至显示器.本发明在对多点进行检测时，整个检测是自动进行巡回检测的，这样无需要人工进行现场检测，节约了人工成本。

本发明的优点是：操作方便、运行可靠，操作人员根据工艺要求将气氛数值输入仪器后，仪器可在无人坚守的情况下昼夜自动定时巡回监测，记录检测结果。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的主电路图；

图3是本发明的控制电路图；

图4是本发明的一种气路图；

图5是本本发明的另一种气路图；

图6是本发明中控制器内的运算处理方法流程图；

图7是本发明的逻辑图；

图8是本发明的仪器的立体图。

具体实施方式

本发明的测氧原理：本发明是以氧化锆固体电解质为氧传感器组成的氧浓度差电池，是以空气为参比气对应分析检测气体中的氧浓度差电池。在实际应用中，氧化锆固体电解质被做成管状，即氧化锆管。通过在锆管底部的内外面上用铂金镀上多孔电极，就制成了氧浓度差电池的氧传感器。在恒定高温(＞600℃)的电炉里，外电极以空气为参比气体，内电极通过检测气体，就组成了氧化锆浓度差电池。在高温下，如果通入的检测气体和空气中的氧不同，氧离子将由高向低移动，从而在两电极间产生浓度差电动势。主要是氧化锆元件为关键部件构成的测氧电池，包括氧化锆管及涂制在管底部的铂电极和电极引线，电极引线可将信号引出；加热炉用于加热氧化锆管，使它恒定在设定温度(700±2℃)上；热电偶用于测量氧电池中的温度，接入温控系统；接线板设有信号、热电偶和加热炉三对接线柱。

本发明一种氧化锆分析仪如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示：本发明主要由内带氧化锆管的加热炉、温控仪表、采集模块、ARM8008控制器、5.7英寸触摸屏、电磁阀、活性碳过滤器，玻璃转子流量计、机壳构成，其中本发明将多点测点的待测气体通过铜管连接到仪器的电磁阀上，由多点电磁阀汇聚于一支管道上，经过活性碳过滤器后(滤到杂质，提高检测精度，延长氧化锆管寿命)，再进入加热炉内的氧化锆管内，再经玻璃转子流量计或质量流量计控制气体的流量后，经抽气泵输出。当开启电源后，本发明开始进入自动运行状态，温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉加热至700℃时，显示器的监控界面、电磁阀及抽气泵同时开始工作，此时氧化锆管产生的氧电势，经数据采集模块进行放大处理后，输入到ARM8008控制器，控制器将采集来的信号进行运算处理及电磁阀开启或关闭、每个电磁阀运行的时间、历史数据的储存等的控制，运算的结果输出至显示器显示，通过显示器可对各电磁阀进行手动控制，参数的修改等。电磁阀在整个运行过程中，是循环启动和关闭的，启动和关闭的时间是根据设定的时间进行运行的，第一个电磁阀启动时，抽气泵也启动，在循环过程中，只有电磁阀进行切换，直到循环完一周，电磁阀和抽气泵才同时停止工作，主要是为延长氧化锆管的使用寿命，等设定的待机时间到后，才开始第二轮的工作。图3中的RS232接口连接显示器，KM1-KM14分别对电磁阀YA1-YA3进行驱动。

如图2中，本发明中的温控器部分的作用是将加热炉中测氧电池的温度定在(700±2℃)范围内，由装在加热炉中的热电偶将池温信号输到温控电路，经过放大100倍后加到比例积分电路，并与池温设定电势比较，其比较结果送移相触发电路，产生可变周期的脉冲，以触发固态继电器，由于脉冲周期不同，所以，可控制固态继电器中可控硅的导通角，从而改变加热炉的加热功率，达到恒温的目的。电加热丝是对电加热炉进行加温。

本发明中的采集模块是将氧化锆管产生的氧电势信号进行放大处理成ARM8008控制器所需的信号。采集模块可以采用现有的89C51。采集模块可以包含有Nandflash模块、CPU模块、SDRAM模块、显示器驱动模块(如图3所示)。

本发明中的ARM8008控制器可以采用三星S3C2410为核心的控制系统，将采集模块送来的信号进行控制运算处理(将采集模块送来的信号进行定标运算、算术运算得到氧含量值，定标运算和算术运算为常规算法，如图6)，并将运算的结果输送至触摸屏进行显示，同时根据设定的参数来控制电磁阀、抽气泵的工作状态。该参数可以为电磁阀的启动和关闭的时间，也可以是电磁阀、抽气泵的待机时间(见图7)。

本发明中的显示器采用5.7英寸触摸屏显示器：它是显示运算数据的结果，并可进行历史数据储存、查询，各参数设置，手动运行等操作。

本发明的多个测点可以为1～128个点，如图5中，一共有24个测点，每个电磁阀对应2个氮气保护烧结炉(以下简称氮窑)的测点进行含氧量监测，测点分布在氮窑的不通位置上；每个电磁阀控制2个测点，如图5中，YA1电磁阀控制的一组为G1、G2气管测点，YA2电磁阀控制的一组为G3、G4气管测点，YA3电磁阀控制的一组为G5、G6气管测点，YA4电磁阀控制的一组为G7、G8气管测点，YA5电磁阀控制的一组为G9、G10气管测点，YA6电磁阀控制的一组为G11、G12气管测点，YA7电磁阀控制的一组为G13、G14气管测点，YA8电磁阀控制的一组为G15、G15气管测点，YA9电磁阀控制的一组为G17、G18气管测点，YA10电磁阀控制的一组为G19、G20气管测点，YA11电磁阀控制的一组为G21、G22气管测点，YA12电磁阀控制的一组为G23、G24气管测点，其中YA13电磁阀控制的气管为自由测点，上述组数的测点是分别通过铜管连接到仪器的对应电磁阀上，再由多点电磁阀汇聚于一支管道上经过滤器、加热炉后由抽气泵抽出，在监测过程中，同一组的两个测点连接的铜阀门只能是一个处于关闭状态，一个处于开启状态(如果不需要检测，可以同时对两个测点进行关闭)，可以将所有组的处于开启状态的电磁阀连接的测点根据控制器设定的时间依次进行检测，检测完毕后，根据控制器设定的时间，控制器可以控制所有组中的原来处于开启状态的电磁阀关闭，原来处于关闭状态的电磁阀开启(特殊情况下也可以同时关闭两个测点)，从而使所有组中原来处于关闭状态的测点进行检测，这样所有组的测点都进行了检测，此时，电磁阀为循环一周，然后再根据设定时间进行第二轮检测，也可以进行交叉循环。因此，电磁阀在整个运行过程中，是循环启动和关闭的，启动和关闭的时间是根据控制器设定的时间进行运行的，第一个电磁阀启动时，抽气泵也启动，在循环过程中，只有电磁阀进行切换，直到循环完一周，电磁阀和抽气泵才同时停止工作，等设定的待机时间到后，才开始第二轮的工作。而且可以对某一组数进行选择测试，如监测在YA1连接的测点时(YA1电磁阀开启)，其他点监测点连接的则关闭，当需要测试YA2连接的测点时，YA2时才打开，另一测点连接的YA1此时关闭，其它组的测点也可以按上述方法进行检测，同样的道理，其它组的测试也是这样操作的。并且可以在显示器的屏幕上选择，通过控制器来确定检测的组数。

在图4中，根据需要，每个电磁阀可以控制1个测点，YA1电磁阀控制G1气管测点，YA2电磁阀控制的G2气管测点，YA3电磁阀G3气管测点，YA4电磁阀控制的G4气管测点，YA5电磁阀控制G5气管测点，YA6电磁阀控制G6气管测点，YA7电磁阀控制G7气管测点，YA8电磁阀控制G8气管测点，YA9电磁阀控制G9气管测点，YA10电磁阀控制G10气管测点，YA11电磁阀控制G11气管测点，YA12电磁阀控制G12气管测点，其中YA13电磁阀控制的气管为自由测点，上述组数的测点是分别通过铜管连接到仪器的对应电磁阀上，再由多点电磁阀汇聚于一支管道上经过滤器、加热炉后由抽气泵抽出。同样的道理，图中的电磁阀也可以象图5中的电磁阀那样进行控制。

本发明的温控精度为700℃±2℃，本发明的温控部分的升温时间为：0-30min。本发明还具有以下功能：1、全量程自动切换；2、自动巡回检测、手动巡回检测、任意单点检测；3、声光报警，报警上下限可设置；4、数据自动存储，可随时查询半年内的历史数据、历史曲线；5、系统参数可以设置；6、锆管参数的变化，可在数据采集模块或系统参数中进行修正设置；7、大屏幕显示(5.7英寸触摸屏)，全中文操作界面；8、各检测点编号可设置；9、密码保护功能；10、留有自由检测点，不受自动循环控制，便于工艺人员对窑炉气氛曲线的调试；11、RS484通信接口，可由上位机设定参数、工艺曲线及数据传输；12、可以预存多条气氛工艺曲线、针对不同产品，采取不同的工艺曲线；13、可以随时参看设置、实时及历史三种工艺曲线，有利于对比分析，图形显示，实时、直观；14、氧化锆管使用寿命长。

Claims (8)

1.一种氧化锆分析仪，其特征在于：多点待测气体通过铜管连接到电磁阀上，多点电磁阀汇聚于一支管道上，所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管内，经流量计控制气体的流量后，经抽气泵输出；在电磁阀及抽气泵同时开始工作时，温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉进行温度控制加热，此时氧化锆管产生的氧电势，经数据采集模块进行放大处理后输入到控制器，控制器将采集来的信号进行运算处理，最后将运算的结果输出至显示器。

2.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述电磁阀在整个运行过程中，是循环启动和关闭的，启动和关闭的时间是根据设定的时间进行运行的，第一个电磁阀启动时，抽气泵也启动，在循环过程中，只有电磁阀进行切换，直到循环完一周，电磁阀和抽气泵才同时停止工作，等设定的待机时间到后，才开始第二轮的工作。

3.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述控制器对电磁阀开启或关闭、每个电磁阀运行的时间、历史数据的储存进行控制，通过显示器对各电磁阀进行手动和自动控制，参数的修改。

4.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述管道内的气体进入加热炉内的氧化锆管前经过活性碳过滤器过滤。

5.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述温控仪表对内装有氧化锆管的电加热炉进行温度控制加热至700℃～800℃时电磁阀及抽气泵同时开始工作。

6.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述流量计为玻璃转子流量计或质量流量计。

7.根据权利要求1所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述控制器为ARM8008控制器；采集模块采用89C51芯片。

8.根据权利要求1或5所述的一种氧化锆分析仪，其特征在于：所述加热炉中氧化锆管的恒定温度定在700±2℃范围内。

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