氧气浓度传感器课程设计报告

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1、电子工艺设计 I 目目 录录 第 1 章 设计目的意义及要求 1 1.1 设计目的及意义 . 1 1.2 设计要求 . 1 第 2 章 设计原理 2 第 3 章 设计内容 3 3.1 总体设计 3 3.2 工作器件的选择 3 3.3 原理图设计 4 3.3.1 减法电路 4 3.3.2 比例放大部分 5 3.4 电路仿真 7 3.5 PCB 电路设计 . 8 3.6 可靠性和抗干扰设计 9 3.7 设计总结 10 参考文献 11 电子工艺设计 -1- 第 1 章 设计目的意义及要求 1.1 设计目的及意义 在火力发电中，锅炉燃烧调整的首要任务是调整好燃料和风量的配合，烟气中的 氧气含量、一氧化

2、碳含量、二氧化碳含量能够直观地反映风量的大小，指导运行人员 或自动调节系统合理地调配风、粉比例。确定最佳烟气含氧量的设定值实现燃烧过程 优化控制，基于烟气含氧量的变化实现控制及运行稳定，并可以确保经济型。 要保持 经济和安全稳定燃烧，就必须准确和经常检测锅炉内的含氧量，并根据含氧量适当调 节风量，以保持最佳风煤比，维持最佳空气系数。 设计目的： (1)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） ； (2)了解印刷电路板的设计和制作过程； (3)掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4)了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5)掌握 pH 值传感器信

3、号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2 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) 设计信号调理电路将传感器输出 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 软件类型）。 电子工艺设计 -2- 第 2 章 设计原理 氧气传

4、感器是一种用来检测某设备中氧的浓度， 并向ECU发出反馈信号， 再由ECU 控制。 其基本工作原理是：在一定条件下，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位 差，且浓度差越大，电位差越大。在高温及锆的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化 钴套管的内外表面。大气中的含氧量比废气多，两侧离子的浓度差产生电动势。当套 管废气一侧的氧浓度低时，产生一个高电压（0.6-1v） ，这个信号送到 ECU 放大处理。 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%2）, P2 是烟气含量。由（1） 式可见，在一定的高温条件下（一般 600）