氧化锆氧量分析仪的组成部分

1、系统组成

本系统由电源单元、加热和恒温控制单元、锆池电动势及内阻采集单元、数据通信及数据处理单元组成。英国威廉希尔公司网站 难点氧化锆探头恒温精确控制威廉希尔官方网站 和锆池电动势微弱信号提取威廉希尔官方网站 ，恒温的稳定性直接决定测量的稳定性，同时标气的纯度和流速稳定性也影响测试结果，而实际工业现场工况的不一致性和传感器探头的生产工艺不一致性，也影响最终测量误差。主控采用意法半导体的STM32F103VET6单片机，控制和通信采用磁隔离数字信号，采集单元采用差分高阻抗运放输出和衰减配合适应宽范围动态测试；加温采用高速光耦隔离和高功率晶闸管驱动加热器，适应快速控制恒温要求。

2、加温驱动及恒温控制

加热控制电路采用电磁和高速光耦组合隔离，结合功率型可控硅实现加热驱动，通过同步过零触发电路实现可控硅的加电控制，减小了类似移相触发带来的电网污染噪声。因为触发时刻距电压过零点愈近，导通瞬间电流愈小，所造成的干扰脉冲在电网电压波形中就越小，仅在90度导通角时产生的干扰脉冲最大。采用的隔离光耦采压摆率达到1500V/us，驱动可控硅后级电路需要考虑浪涌电压吸收和静态dv/dt指标提高。

恒温过程是一个动态平衡过程，不同控制算法、测控电路延时和测量精度影响控制精度和响应时间。为了实现精准控制，采用模糊-PID复合算法来提高控制的精度和跟踪性能；为了提供影响速度采用分段控制，合理裁剪PID中的积分单元，升温过程快速实现，接近目标温度精确控制。这种方法大大提高了恒温的动态性能和适应内部参数的鲁棒性，减小了稳态误差，提高温度控制精度。

3、数据采集及处理

氧量测量不准确将带来煤炭能耗增加、锅炉效率下降、环境污染等一系列问题。目前针对氧测量在硬件上存在传感器差别和材料工艺改进上发展，同时也因为硬件成本高、响应速度慢、易老化、精度限制等原因逐步发展软测量分支。即可通过选择主蒸汽流量、给水流量、燃料量、排烟温度、送风机参数、引风机参数等作为软测量模型的输入，来计算表征含氧量。但由于软测量是通过离线模式建立参数模型评估预测，依赖于输入变量的准确性，在工程应用上还有差距，本文主要采用硬件实时测量分析。

采集电路部分主要由K热电偶电动势采集和冷端温度补偿采集、锆池电动势采集和内阻采集。由于信号为uV到mV级变化，同时存在数字时钟噪声、通信时序脉冲噪声、开关噪声和工频关断等噪声，也存在较大的共摸干扰信号，本文采用差分传输，前置运放采用ADI的程控运放AD8250，18nV/√Hz 超低噪声水平，共模抑制比达到110dB，输入阻抗5GΩ，足够满足信号接近完整性输入。为了适应较高动态范围，后级增加程控衰减器AD8475，噪声水平10nV/√Hz，共模抑制比达到 76dB，差分传输。经过低通滤波器抑制信号中噪声，采用TI的ADS1220，24位ADC，自带50Hz和60Hz的抑制数字滤波器，采样率达到2kSPS，内置小范围程控增益和温度采集单元。以上设计，既满足了信号采集精度需求，也良好的抑制了共摸噪声和信号干扰噪声，同时能适应较宽动态范围，提高了测量的灵敏度。测量数据通过数字滤波、线性拟合和指数拟合还原真实结果。由于氧化锆氧量分析仪工作环境存在变温、风速、粉尘和老化等因素，测量存在随时间变化而偏移，所以需要按需基于不同工况在线校准。

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