CN112858581A - 一种高压制氮设备氧传感器标校方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压制氮设备氧传感器标校方法，包括：从高压制氮设备中制取洁净空气；将洁净空气进行调压控流后通入氧传感器；以及氧传感器将模拟信号上传至控制模块，完成标校。本申请利用高压制氮设备中的洁净空气作为氧传感器的标校气体，无需额外的标气，标校流程简单、易于实现，节省了时间成本，有助于制氮设备的正常使用。

Description

一种高压制氮设备氧传感器标校方法

技术领域

本发明涉及氧传感器技术领域，特别地涉及一种高压制氮设备氧传感器标校方法。

背景技术

氧传感器用于检测各种环境中的氧含量，随着检测技术的逐渐成熟，其广泛应用在文保、汽车、化工和机械设备等技术领域。

氧传感器随着使用的时间的推移，其检测的精确度就逐渐降低。因此，需要在氧传感器工作一段时间后进行标校一次。传统的标校方法是利用标准氧含量的气体进行检测斜率标定，并且在标校前需要拆卸氧传感器，操作繁琐，投入到实际生产中难度大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种高压制氮设备氧传感器标校方法，包括：从高压制氮设备中制取洁净空气；将洁净空气进行调压控流后通入氧传感器；以及氧传感器将模拟信号上传至控制模块，完成标校。

如上所述的方法，其中洁净空气的制取包括：空压机将空气压缩至第一压力阈值；以及干燥机对压缩空气进行干燥处理。

如上所述的方法，进一步包括：其中将干燥的空气通过高压制氮设备中的过滤器过滤后取得洁净空气。

如上所述的方法，其中洁净空气依次通过减压阀和流量计完成调压控流处理。

如上所述的方法，其中通过三通或者三通电磁阀将所述过滤后的洁净气体引出，并与所述减压阀气密连接。

如上所述的方法，进一步包括：氧变送板，其能够根据氧气浓度将微弱电流信号放大为4-20mA的模拟量信号。

如上所述的方法，其中将洁净空气调压至接近常压，将洁净空气的流速控制在500-1000ml/min。

如上所述的方法，其中将高压制氮设备放置在通风良好的环境进行标校。

如上所述的方法，其中，标定时所述洁净空气的氧含量视为21％。

如上所述的方法，其中高压氮气设备氧传感器每周自动标校一次或者高压氮气设备每次启动时，自动标校一次。

本申请利用高压制氮设备中的洁净空气作为氧传感器的标校气体，无需额外的标气，标校流程简单、易于实现，节省了时间成本。并且该种标校方法自动化程度高，便于定期对氧传感器进行校正，有效的保证了高压制氮设备对氧含量的高效检测，提高了设备的性能。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例高压制氮设备模块示意图；

图2是根据本发明的一个实施例高压制氮设备控制系统图；

图3是根据本发明的一个实施例高压制氮设备氧传感器标校结构示意图；以及

图4是根据本发明的一个实施例高压制氮设备氧传感器标校方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本申请设计一个新型接口板，设置在控制器和高压制氮设备之间，高压制氮设备将各种布线接口根据信号类型统一与接口板进行电连接，接口板将接收来的信号转发至控制器；同时，控制器也可以将指令通过接口板发送至指定设备上，以实现某些功能。

图1是根据本发明的一个实施例高压制氮设备模块示意图。其中，高压制氮设备包括控制模块110、输入模块120、接口板130、空压机140、制氮机150和氮气增压机160。其中，输入模块120与控制模块110电连接，控制模块110与接口板130电连接，空压机140、制氮机150和氮气增压机160分别与接口板130电连接。进一步地，控制模块与接口板之间采用单一线缆连接。

控制模块110能够包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或它们的组合。控制模块110能够执行存储在存储器中的软件或计算机可读指令以执行本文描述的方法或操作。控制模块110能够以若干不同的方式来实施。例如，控制模块110能够包括一个或多个嵌入式处理器、处理器核心、微型处理器、逻辑电路、硬件有限状态机(FSM)、数字信号处理器(DSP)或它们的组合。进一步地，控制模块还可以是PLC控制器，用于通过接口板130发送控制指令。

输入模块120可以为触摸屏，其中触摸屏可以是电阻式触摸屏，可以是电容式触摸屏，也可以是表面声波技术触摸屏。本领域的技术人员可以理解，只要可以实现本申请功能的触摸屏，均可以应用在本申请的方案中。在一些实施中，触摸屏可以固定在PLC控制器上形成一体结构，其采用RJ45接口与PLC控制器连接，用于实时显示所述空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者工作状态，在另一些实施例中，输入模块120还包括操作面板，工作人员可以在操作面板上进行操作，下达指令以实现某种功能。其中操作面板上还可以包括物理按钮，用于实现设备的启动和停止或者其他功能的选择和调节。

接口板130包括数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133。其中，数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133采用总线方式与控制模块电连接；数字量输入模块131、数字量输出模块132和模拟量输入模块133分别与空压机140、制氮机150和氮气增压机160电连接。其中，电连接的方式包括但不限于：有源触点连接、无源触点连接和4-20mA信号连接。

数字量输入模块131包括多个数字量信号接口，用于收集空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的数字量信号，数字量信号接口包括：但不限于：设备的开关信号接口、指示灯信号接口和报警信号接口等；数字量输出模块132包括多个数字量输出接口，用于向空压机140、制氮机150和氮气增压机160及管路间的阀门中一者或多者发送控制指令；模拟量输入模块133包括多个模拟量信号接口，用于收集空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的模拟量信号。模拟量信号接口包括但不限于：压力信号接口、温度信号接口、氧含量信息接口和露点信号接口等。

本申请的高压制氮装置的工作流程是：空压机140和制氮机150和氮气增压机160依次工作，将空气中的氮气分离出来，并增压后进行输出。具体地，工作人员在输入模块120上设定空压机140、制氮机150和氮气增压机160中一者或多者的工作压力和制取氮气纯度等参数。控制模块110根据设定好的程序，按照开机顺序通过电磁阀和继电器分别启动空压机140、制氮机150和氮气增压机160等设备。空压机140、制氮机150和氮气增压机160将各种工作数据通过接口板发送至控制模块110中。

首先，空压机140用于将空气压缩至第一压力阈值，其中第一压力阈值为0.8-1.3MPa。空气经过空压机140中的组件，能够除去大部分的油、水和尘等，从而给制氮机150分离出氮气提供压缩空气。在一些实施例中，在空压机140中进一步包括空气储罐，用于降低气流脉动，减小系统压力波动，使得压缩空气平稳通过压缩空气净化组件，以充分除去油水杂质。

制氮机150与空压机140的出气口利用管道进行连接，用于将空气中的氮气分离出来。其中，制氮机150包括膜组和加热装置。在一些实施例中，制氮机还包括一个或多个过滤器，用于进一步将压缩机输出的压缩空气进行过滤、除水、净化。膜组用于将空气中的氮气与氧气、二氧化碳和水进行分离，输出高纯度的氮气。其中加热装置用于给膜组及其中的空气加热，充分利用膜组的工作性能，有利于提高气体分离效率。

氮气增压机160与制氮机150出气口利用管道进行连接，用于将分离出来的氮气进行加压至第二压力阈值，其中第二压力阈值为10-40MPa。氮气增压机在加压完成后，检测其压力、露点和温度等参数，并将数据发送至控制模块110。

在一些实施例中，高压制氮设备进一步包括氮气缓冲罐，其设置在氮气增压机之间，用于存储制氮机输出的氮气，起到均衡氮气的压力的作用。另外，在设备工作过程中，也起到了极其重要的工艺辅助作用。

在一些实施例中，接口板130还包括存储模块，用于储存程序和空压机、制氮机和氮气增压机中的一者或多者的工作数据。存储模块能够存储软件、数据、日志或它们的组合。存储模块能够是内部存储器或者外部存储器。例如，存储器能够是易失性存储器或非易失性存储器,诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、闪存、磁盘存储器的非易失性存储器，或者是诸如静态随机存取存储器(SRAM)的易失性存储器。

在一些实施例中，接口板130包括报警模块，其经配置以在设备发生故障时，指示空压机、制氮机或者氮气增压机中一者或多者发出警报。在一些实施例中，报警模块能够在触摸屏上显示提示信息，或者发出警报的声音，或者将警报信息发送至用户的移动终端上等。其中，接口板130中的存储模块包括多种工作数据和设定阈值，接口板130能够实时监测高压制氮设备的工作数据，当工作数据中任何一个不符合设定阈值时，接口板130通过报警模块发出警报。在接口板130中设置警报模块，接口板根据接收来的信号信息实时判断是否出现故障，并及时通报故障，减少控制模块处理负担，提高故障通报效率，减小故障带来的损失。

空压机140、制氮机150和氮气增压机160上安装有各种传感器，比如压力传感器、温度传感器、露点传感器等和各种电磁阀、继电器，其通过接口板与控制模块110电连接，避免所有的电路分别与控制模块110进行连接，简化了布线方式，提高工作稳定性。

图2是根据本发明的一个实施例高压制氮设备控制系统图。如图所示，控制模块110通过接口板(未示出)与空压机140、制氮机150、氮气增压机160和氮气缓冲罐170以及一个或多个传感器进行电连接，以收集高压制氮机的工作数据。其中工作数据包括但不限于工作时间、工作状态、工作温度、工作压力、氮气纯度和氮气露点等。在一些实施例中，传感器包括但不限于压力传感器、氧传感器、露点传感器、温度传感器和电源传感器等，其中一者或多者可以利用4-20mA信号与控制模块连接。电源传感器用于采集各个设备电源的相序和功率大小，并上传至控制模块110。响应于控制模块110检测到电源的相序错乱或者漏相时，通过警报模块进行报警，通知工作人员。在一些实施例中，电源传感器采集设备总电源的电流电压，保证用电安全。

参考图2，在空压机140的出气口处设置压力传感器141，用于检测空压机压缩空气的压力。压力传感器141与控制模块110电连接，实时上报空压机出口的空气压力。其中在压力传感器141之前，安装一个开关阀门，在压力传感器141不工作时，可以将开关阀门处于关闭状态。

在空压机140和制氮机150通过电磁阀140管道连接，响应于空压机中的压力达到设定阈值时，控制模块发送控制指令将电磁阀142打开，将压缩空气通入制氮机150中，进行氮气的分离。制氮机150中设置有温度传感器151，其与控制模块110电连接，用于将膜组和/或膜组中气体的温度上报至控制模块110。当制氮机的膜组和/或膜组中气体的温度低于设定温度时，启动加热装置，进行预热处理。在制氮机150的出气口处依次通过电磁阀153和减压阀156与氧传感器152连接，其用于检测制氮机分离出的氮气纯度。进一步地，在制氮机的出气口还安装有排空电磁阀154，响应于氮气的纯度不符合设定要求，直接将氮气排放在空气中。其中，制氮机150通过电磁阀155与氮气缓冲罐170管道连接。电磁阀153、排空电磁阀154和电磁阀155分别与控制模块110电连接。

当制氮机150分离出的氮气符合设定要求时，电磁阀155导通，将氮气送入氮气缓冲罐170中。氮气缓冲罐170安装有压力变送器，用于检测其压力，当压力达到氮气增压机160的开启压力时，控制模块110发送控制指令，启动氮气增压机160。在氮气缓冲罐170和氮气增压机160之间设置有压力传感器171、放空电磁阀172和电磁阀173，三者均与控制模块110电连接。

氮气增压机160将氮气增压至设定压力时，可以将氮气输出充入氮气瓶中供用户使用。在一些实施例中，在氮气增压机160处通过电磁阀162、减压阀164与露点传感器161连接，露点传感器161用于检测氮气的湿度，并将湿度数据发送至控制模块110。在另一些实施例中，在氮气增压机的出口处设置压力传感器163，其用于检测氮气增压机输出的氮气压力并上报至控制模块110。

本申请通过各种传感器收集高压制氮设备的工作数据，能够实时了解高压制氮设备的工作状态，判断分离出的氮气是否符合设定要求，大大减少了人工的参与，提高了工作效率和质量。

图3是根据本发明的一个实施例高压制氮设备氧传感器标校结构示意图。如图所示，在空压机140和制氮机150之间增加一个三通电磁阀143，三通电磁阀143与控制模块110电连接。三通电磁阀143一端通过管道与氧传感器152连接。其中，管道依次通过减压阀156和流量计(未示出)与氧传感器管道连接。在对氧传感器进行标校时，控制模块110控制三通阀143与制氮机150连接一端关闭，空压机140的出气口将洁净的空气通过降压控流后通入氧传感器进行标校。在一些实施例中，在空压机和制氮机之间安装三通，引出洁净气体通过减压阀与氧传感器气密连接，便于流量的调节，也可实现制氮机运行的过程中进行标校。

图4是根据本发明的一个实施例高压制氮设备氧传感器标校方法流程图。在步骤410，从高压制氮设备中制取洁净空气。在一些实施例中，高压制氮设备包括空压机、干燥机和多级过滤器(例如四级)，空压机、干燥机之间通过管道连接，干燥机和多级过滤器之间通过管道连接。具体地，空压机将空气压缩至第一压力阈值；干燥机对压缩空气进行干燥处理；以及将干燥的空气通过多级过滤后获得洁净空气。其中，第一压力阈值为0.8-1.3MPa。在一些实施例中，空压机和冷干机集成为一体。

在步骤420，将洁净空气进行调压控流后通入氧传感器。洁净空气由于空压机进行了压缩处理，不符合氧传感器气室的检测要求。因此，需要将洁净空气进行降压和控流。在一些实施例中，将洁净空气的压力调至接近常压，以符合氧传感器的要求。不同型号的氧传感器，检测时要求的空气流速也会不同。在一些实施例中，将洁净空气的流量控制在500-1000ml/min。

在步骤430，氧传感器将微弱的电流信号放大至4-20mA模拟量信号。在一些实施例中，氧传感器包括氧变送板，其能根据氧传感器气室中的氧气浓度，将微弱的电流信号放大至4-20mA模拟量信号并发送至控制模块。

在步骤440，氧传感器将模拟量信号上传至控制模块，完成标校。控制模块将该电流信号标定为氧浓度21％。在一些实施例中，高压制氮设备在氧传感器标定时，将设备间门窗打开，使设备处于通风良好的环境中，将洁净空气中的氧含量视为21％。

在一些实施例中，氧传感器标校的周期为每周一次；在另一些实施例中，高压制氮设备每次开机时，氧传感器自动标校一次。其中，可以根据高压制氮设备的使用频率判断采用哪个标校周期，从而能够提高氧传感器的准确性。在另一些实施例中，氧含量标校程序嵌入到设备的运行程序中，设备自动根据需要进行氧传感器的标校。在一些实施例中，兼容手动标校程序，可以通过高压制氮设备的输入模块，如触摸屏或者操作面板按钮，手动启动标校程序。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (10)

1.一种高压制氮设备氧传感器标校方法，包括：

从高压制氮设备中制取洁净空气；

将洁净空气进行调压控流后通入氧传感器；以及

氧传感器将模拟信号上传至控制模块，完成标校。

2.根据权利要求1所述的方法，其中洁净空气的制取包括：

空压机将空气压缩至第一压力阈值；以及

干燥机对压缩空气进行干燥处理。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：其中将干燥的空气通过高压制氮设备中的过滤器过滤后取得洁净空气。

4.根据权利要求1所述的方法，其中洁净空气依次通过减压阀和流量计完成调压控流处理。

5.根据权利要求4所述的方法，通过三通或者三通电磁阀将所述过滤后的洁净气体引出，并与减压阀气密连接。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：氧变送板，其能够根据氧气浓度将微弱电流信号放大为4-20mA的模拟量信号。

7.根据权利要求4所述的方法，其中将洁净空气调压至接近常压，将洁净空气的流速控制在500-1000ml/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将高压制氮设备放置在通风良好的环境进行标校。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，标定时所述洁净空气的氧含量视为21％。

10.根据权利要求1所述的方法，其中高压氮气设备氧传感器每周自动标校一次或者高压氮气设备每次启动时，自动标校一次。

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