1、课课 程程 设设 计计 报报 告告 学生姓名学生姓名:学学 号：号： 学学 院院:自动化工程学院 班班 级级:测控 081 题题 目目:氧气浓度传感器信号调理电路设计与仿真 指指导导教教师师： ： 职职称称: 2011 年 12 月 16 日 仪器仪表电子工业课程设计 1 目 录 1.1.设计目的设计目的 .2 2.2.设计要求设计要求 .3 3.3.设计内容设计内容 .4 3.1 总体设计.4 3.2 工作原理分析.4 3.3 器件选型说明.6 3.4 原理图设计.6 3.4.1 减法电路.6 3.4.2 比例放大部分.7 3.5 电路仿真.9 3.6 PCB 电路设计.10 3.7 可靠性 。

2、和抗干扰设计.11 3.8 总结.12 4.4.设计心得和体会设计心得和体会 .13 参考文献参考文献 .14 附录附录 1 1：电路原理图：电路原理图 .15 附录附录 2 2：PCBPCB 图图 .16 附录附录 3 3：PCBPCB 效果图效果图 .17 仪器仪表电子工业课程设计 2 1.1.设计目的设计目的 在火力发电的过程中 ， 对锅炉烟气含氧量 ， 二氧化碳含量 ， 一氧化碳含量 的分析测量对于指导锅炉燃烧控制有重要的意义 。
锅炉燃烧过程的重要任务之 一是维持炉内过剩空气稳定 ， 以保证经济燃烧 。
炉内过剩空气稳定 ， 对燃煤锅 炉来说 ， 一般是通过保证一定的风煤比来实现的 ， 这种情况只有在煤质稳定时 ，才能 。

3、较好地保持炉内过剩空气稳定 ， 而当煤质变化 ， 就不能保持炉内过剩空气 稳定 ， 不能保持经济燃烧 。
要随时保持经济燃烧 ， 就必须经常检测炉内过剩空气系数或氧量 ， 并根据 氧量的多少来适当调整风量 ， 以保持最佳风煤比 ， 维持最佳的过剩空气系数或 氧量 。
所以 ， 送风调节系统常采用氧量校正信号 。
所以测量烟气中氧气含量意 义重要 。
针对这次课程设计的内容 ， 可以分为以下五点： 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） ； （1） 了解印刷电路板的设计和制作过程； （2） 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； （3） 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； （4） 掌握氧气浓度传 。

4、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 仪器仪表电子工业课程设计 3 2.2.设计要求设计要求 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%-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）将传感器输出 112-0.6 mV 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） 仪器仪表电子工业课程设计 4 3. 。

5、3.设计内容设计内容 3.13.1 总体设计总体设计 首先氧化锆传感器输入信号与一个 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 1 电路原理图 3.23.2 工作原理分析工作原理分析 氧化锆氧量计属于电化学分析器中的一种 。
烟气中氧气含量用氧化锆氧量 传感器测量 ， 氧化锆氧量计可以用来连续分析烟气中氧的含量 ， 然后控制送风 量来调节过剩空 。

6、气系数值 ， 以保证最佳的空气燃料比 ， 达到节能的效果 。
工作原理：氧传感器的关键部件是氧化锆 ， 在氧化锆元件的内外两侧涂上 仪器仪表电子工业课程设计 5 多孔性铂电极制成氧浓度差电池 。
它位于传感器的顶端 。
氧化锆管是由氧化锆 材料掺以一定量的氧化钇或氧化钙经高温烧结后形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结 体 。
由于它的立方晶格中含有氧离子空穴 ， 因此在高温下它是良好的氧离子导 体 。
因其这一特性 ， 在一定高温下 ， 当锆管两边的氧含量不同时 ， 它便是一个 典型的氧浓差电池 ， 在此电池中 ， 空气是参比气 ， 它与烟气分别位于内外电极 。
在实际的氧探头中 ， 空气流经外电极 ， 烟气流经内电极 ， 当烟气氧含量 P2小于 空气氧含量 P1（20.6 。

7、%O2）时 ， 空气中的氧分子从外电极上夺取 4 个电子形成 2 个氧离子 ， 发生如下电极反应： O2（P2）+4e-2O2- 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： 2O2- 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=(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%O2）, P2 是烟气含量 。

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