[发明专利]一种氧化锆氧浓度传感器驱动及检测装置

说明书

本发明公开了一种氧化锆氧浓度传感器驱动及检测装置，包括信号供电电路、氧化锆氧浓度传感器、氧浓度信号采样电路、加热电压采样电路、加热电流采样电路、主控模块以及加热控制电路，所述氧浓度信号采样电路、加热电压采样电路、加热电流采样电路、信号供电电路以及加热控制电路均与氧化锆氧浓度传感器连接，加热电压采样电路、加热电流采样电路分别通过主控模块与加热控制电路连接；本发明的优点在于：不会对氧化锆氧浓度传感器的寿命有影响，且对各种氧化锆氧浓度传感器的兼容性较好。

技术领域

本发明涉及制氧系统控制技术领域，更具体涉及一种氧化锆氧浓度传感器驱动及检测装置。

背景技术

在制氧系统控制技术领域，如何实现精准有效地检测氧气浓度是制氧产品设计时需要考虑的重要问题之一。随着社会和科技的发展，更加智能的制氧设备的出现和新冠疫情导致的对制氧设备的使用越来越频繁，使得制氧系统对氧气浓度的检测提出了更高的要求。当前市场上已有的氧浓度检测主要实现过程有两种，一种是利用电化学氧浓度传感器，采用特制的传感电极与氧气发生反应并产生与氧气浓度成正比的电信号，然后通过采样放大电路进行采集，例如中国专利申请号CN201910720496.2，公开了一种基于氧化锆传感元件的氧浓度传感装置。所述传感装置包括传感元件(2)、电极丝(3)和加热器(4)，其中所述传感元件(2)通过电极丝(3)与所述加热器(4)固定并导电。另一种是利用氧化锆氧浓度传感器，采用氧化锆高温下氧离子易于移动产生电动势的特性，通过采集产生的电动势的大小来反映氧气的浓度。在氧化锆氧浓度传感器的驱动电路方面，目前常用的是恒定电压驱动及恒定温度驱动。其中恒定电压驱动采用恒定的电压对氧化锆氧浓度传感器的加热片进行供电从而减少氧化锆氧浓度传感器的预热准备时间，而恒定温度控制是动态调节驱动电压氧化锆氧浓度传感器内部的氧化锆维持在一定的温度来保证氧浓度采集的稳定性。

上述两种氧化锆氧浓度传感器驱动检测装置存在一定的缺陷，要么对氧化锆氧浓度传感器的寿命影响大，要么对各种氧化锆氧浓度传感器的兼容性较差，不能做到两者兼顾。采用恒定电压驱动进行设计时，虽然在驱动电路的设计上难度较低、且能有效缩短氧化锆氧浓度传感器的预热时间，但是长时间的恒压驱动会对氧化锆氧浓度传感器的寿命造成一定的影响；而采用恒定温度驱动进行设计时，在硬件电路上就会固化加热的电压、电流等参数，而不同种氧化锆氧浓度传感器由于内部结构、工艺水平等的不同，在极限电流等参数上也有较大区别。在一种氧化锆氧浓度传感器的供货受到限制时需要用另一种氧化锆氧浓度传感器进行替代时，就需要从硬件上进行调整，造成状态的变更及产品供货周期上的不稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术氧化锆氧浓度传感器驱动检测装置采用恒定电压驱动进行设计时，对氧化锆氧浓度传感器的寿命影响大，采用恒定温度驱动进行设计时，对各种氧化锆氧浓度传感器的兼容性较差。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种氧化锆氧浓度传感器驱动及检测装置，包括信号供电电路、氧化锆氧浓度传感器、氧浓度信号采样电路、加热电压采样电路、加热电流采样电路、主控模块以及加热控制电路，所述氧浓度信号采样电路、加热电压采样电路、加热电流采样电路、信号供电电路以及加热控制电路均与氧化锆氧浓度传感器连接，加热电压采样电路、加热电流采样电路分别通过主控模块与加热控制电路连接；

氧浓度信号采样电路将氧化锆氧浓度传感器输出的电流信号转换成电压信号并经过放大后通过主控模块采集；所述加热电压采样电路、加热电流采样电路通过差分运算放大器，将氧化锆氧浓度传感器加热过程中的电压电流进行放大后通过主控模块采集；加热控制电路通过主控模块采集的氧化锆氧浓度传感器的电压电流信号，实现对氧浓度传感器加热过程的实时闭环控制。