本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器及應(yīng)用其的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，在高溫?zé)煔庵醒鯕獗O(jiān)測(cè)方法中，高溫氧化鋯是最常用的一種監(jiān)測(cè)方法，這主要是由基于高溫固態(tài)電解質(zhì)氧化鋯基礎(chǔ)上的極限電流型氧傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下氧氣濃度的測(cè)量，已被大量應(yīng)用在汽車尾氣、鍋爐煙氣等高溫、惡劣環(huán)境中氧含量的測(cè)量。

2、現(xiàn)有氧化鋯的結(jié)構(gòu)如圖4所示，極限電流氧氧化鋯傳感器由兩面施加有鉑電極的氧離子導(dǎo)體材料釔穩(wěn)定氧化鋯片和帶有微小擴(kuò)散孔的擴(kuò)散障片疊層密封而成，中間形成微小密閉空腔，陰極密閉于空腔之中。在釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)鉑金電極施加一工作電壓，將釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)加熱至高溫（＞350℃），氧分子在氧化鋯固體電解質(zhì)的陰極和陽(yáng)極上分別發(fā)生如下反應(yīng)：陰極和陽(yáng)極；空腔中陰極上的氧氣通過(guò)陰極的催化作用不斷變成氧離子，在外加的工作電壓驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)擴(kuò)散孔向空腔內(nèi)做氣體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的那個(gè)工作電壓不斷增加時(shí)，蹦氧能力也隨之增加，導(dǎo)致空氣內(nèi)外氧氣的濃度差越來(lái)越大，腔外氣體向腔內(nèi)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)流量也隨之變大，當(dāng)然此回路的電流也不斷變大，然而氧傳感器的擴(kuò)散孔微小，會(huì)限制氣體的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因此當(dāng)市價(jià)在電機(jī)上的工作電壓增加至某一定值時(shí)，氣體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與泵氧運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，空腔外氧氣通過(guò)擴(kuò)散孔進(jìn)入腔內(nèi)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)速率達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，電極輸出電流i大小不再受外加電壓的影響，只與氧分子通過(guò)小孔的擴(kuò)散速率有關(guān)，即達(dá)到了氧傳感器的飽和工作狀態(tài)，此時(shí)回路電流也達(dá)到一穩(wěn)定值，氧傳感器輸出特性去縣上呈現(xiàn)出極限電流平臺(tái)，稱之為極限電流?，極限電流?與氧濃度?的關(guān)系如圖5所示，因此，通過(guò)對(duì)回路電流的檢測(cè)，便實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境氧濃度的測(cè)量。

3、但是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到一個(gè)對(duì)氧氣測(cè)量影響較大的情況，即存在co氣體，當(dāng)co氣體濃度大于5000ppm時(shí)，會(huì)使氧化鋯傳感器不能正常工作，測(cè)量誤差迅速增大，當(dāng)濃度達(dá)到一定程度后會(huì)出現(xiàn)誤差超過(guò)指標(biāo)范圍等情況，直至不能使用。

4、目前為了擴(kuò)大在類似工況的應(yīng)用，常用方案一般包括使用催化劑去除、軟件算法補(bǔ)償?shù)龋?dāng)使用催化劑去除時(shí)，co會(huì)與測(cè)量氣體中的氧氣反應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)量值偏低，也會(huì)存在測(cè)量超過(guò)范圍的情況，當(dāng)使用軟件補(bǔ)償，由于co的干擾使測(cè)量信號(hào)偏小，如果進(jìn)行補(bǔ)償，再煙氣組分變化，例如停爐等條件下，co濃度降低，則補(bǔ)償會(huì)出現(xiàn)異常，此時(shí)測(cè)量濃度值會(huì)出現(xiàn)較大差異，另外如果氧分析儀不能區(qū)分通入樣氣或者標(biāo)氣，在通入標(biāo)氣時(shí)也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值偏差異常情況，因此，提供一種可以在高濃度co工況下的新型極限電流氧傳感器，對(duì)于煙氣中的氧氣監(jiān)測(cè)尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其包括由下至上的第一致密陶瓷層、第二致密陶瓷層和第三致密陶瓷層，第一致密陶瓷層用于供電發(fā)熱；第二致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有密閉空腔；第三致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)獲取co氣體產(chǎn)生的反向電壓的co干擾測(cè)量部分和用于對(duì)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行測(cè)量及實(shí)時(shí)根據(jù)所述co干擾測(cè)量部分反饋的反向電壓進(jìn)行氧氣測(cè)量控制電壓的調(diào)節(jié)的氧氣測(cè)量部分，解決極限電流型氧化鋯不能在高濃度抗一氧化碳干擾氣體條件下工作的問(wèn)題，可以在高濃度工況條件下準(zhǔn)確測(cè)量氧氣濃度，還提供了一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器的控制系統(tǒng)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

3、一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其中，包括由下至上的第一致密陶瓷層、第二致密陶瓷層和第三致密陶瓷層，所述第一致密陶瓷層用于供電發(fā)熱；所述第二致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有密閉空腔；所述第三致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)獲取co氣體產(chǎn)生的反向電壓的co干擾測(cè)量部分和用于對(duì)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行測(cè)量及實(shí)時(shí)根據(jù)所述co干擾測(cè)量部分反饋的反向電壓進(jìn)行氧氣測(cè)量控制電壓的調(diào)節(jié)的氧氣測(cè)量部分。

4、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述第一致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有加熱器，用于通過(guò)供電發(fā)熱，將釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)加熱至750℃。

5、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜氧化鋯材料和多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料。

6、作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜氧化鋯材料的區(qū)域?yàn)檠趸啌诫s區(qū)域；所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料的區(qū)域?yàn)槎嗫籽趸X擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域。

7、作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化鋯摻雜區(qū)域的兩側(cè)分別設(shè)置有測(cè)量?jī)?nèi)電極和外公共電極，所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域的一側(cè)與所述外公共電極緊貼，所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域的一側(cè)設(shè)置有補(bǔ)償測(cè)量電極。

8、作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧氣測(cè)量部分包括所述測(cè)量?jī)?nèi)電極、所述氧化鋯摻雜區(qū)域和所述外公共電極，所述co干擾測(cè)量部分包括所述補(bǔ)償測(cè)量電極、所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域和所述外公共電極。

9、一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器的控制系統(tǒng)，其中，包括權(quán)利要求1至6的任一所述的極限電流氧傳感器及控制單元，所述控制單元包括控制電路，所述控制電路包括用于給第一致密陶瓷層輸出加熱電壓的pwm電路、用于將測(cè)量氣體中的氧離子通過(guò)擴(kuò)散孔向第二致密陶瓷層內(nèi)運(yùn)輸體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的ip1電路、用于將氧氣產(chǎn)生的氧離子及co產(chǎn)的氧離子通過(guò)擴(kuò)散孔向第二致密陶瓷層內(nèi)運(yùn)輸體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的ip2電路。

10、作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述pwm電路實(shí)時(shí)對(duì)極限電流氧傳感器的溫度進(jìn)行采集及反饋溫度控制，使所述極限電流氧傳感器工作在750℃溫度內(nèi)。

11、作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)采集ip1電路和ip2電路，計(jì)算出co所產(chǎn)生的干擾反向電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)干擾反向電動(dòng)勢(shì)將補(bǔ)償電壓實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)至ip1電路，動(dòng)態(tài)對(duì)氧氣測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

12、本發(fā)明包括由下至上的第一致密陶瓷層、第二致密陶瓷層和第三致密陶瓷層，第一致密陶瓷層用于供電發(fā)熱；第二致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有密閉空腔；第三致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)獲取co氣體產(chǎn)生的反向電壓的co干擾測(cè)量部分和用于對(duì)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行測(cè)量及實(shí)時(shí)根據(jù)所述co干擾測(cè)量部分反饋的反向電壓進(jìn)行氧氣測(cè)量控制電壓的調(diào)節(jié)的氧氣測(cè)量部分，解決極限電流型氧化鋯不能在高濃度抗一氧化碳干擾氣體條件下工作的問(wèn)題，可以在高濃度工況條件下準(zhǔn)確測(cè)量氧氣濃度。

技術(shù)特征：

1.一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，包括由下至上的第一致密陶瓷層、第二致密陶瓷層和第三致密陶瓷層，所述第一致密陶瓷層用于供電發(fā)熱；所述第二致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有密閉空腔；所述第三致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)獲取co氣體產(chǎn)生的反向電壓的co干擾測(cè)量部分和用于對(duì)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行測(cè)量及實(shí)時(shí)根據(jù)所述co干擾測(cè)量部分反饋的反向電壓進(jìn)行氧氣測(cè)量控制電壓的調(diào)節(jié)的氧氣測(cè)量部分。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，所述第一致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有加熱器，用于通過(guò)供電發(fā)熱，將釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)加熱至750℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜氧化鋯材料和多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜氧化鋯材料的區(qū)域?yàn)檠趸啌诫s區(qū)域；所述第三致密陶瓷層內(nèi)摻雜多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料的區(qū)域?yàn)槎嗫籽趸X擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，所述氧化鋯摻雜區(qū)域的兩側(cè)分別設(shè)置有測(cè)量?jī)?nèi)電極和外公共電極，所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域的一側(cè)與所述外公共電極緊貼，所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域的一側(cè)設(shè)置有補(bǔ)償測(cè)量電極。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器，其特征在于，所述氧氣測(cè)量部分包括所述測(cè)量?jī)?nèi)電極、所述氧化鋯摻雜區(qū)域和所述外公共電極，所述co干擾測(cè)量部分包括所述補(bǔ)償測(cè)量電極、所述多孔氧化鋁擔(dān)載納米氧化鎵材料摻雜區(qū)域和所述外公共電極。

7.一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至6的任一所述的極限電流氧傳感器及控制單元，所述控制單元包括控制電路，所述控制電路包括用于給第一致密陶瓷層輸出加熱電壓的pwm電路、用于將測(cè)量氣體中的氧離子通過(guò)擴(kuò)散孔向第二致密陶瓷層內(nèi)運(yùn)輸體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的ip1電路、用于將氧氣產(chǎn)生的氧離子及co產(chǎn)的氧離子通過(guò)擴(kuò)散孔向第二致密陶瓷層內(nèi)運(yùn)輸體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的ip2電路。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述pwm電路實(shí)時(shí)對(duì)極限電流氧傳感器的溫度進(jìn)行采集及反饋溫度控制，使所述極限電流氧傳感器工作在750℃溫度內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高濃度co工況下的極限電流氧傳感器的控制系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)采集ip1電路和ip2電路，計(jì)算出co所產(chǎn)生的干擾反向電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)干擾反向電動(dòng)勢(shì)將補(bǔ)償電壓實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)至ip1電路，動(dòng)態(tài)對(duì)氧氣測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種高濃度CO工況下的極限電流氧傳感器及應(yīng)用其的控制系統(tǒng)；本發(fā)明包括由下至上的第一致密陶瓷層、第二致密陶瓷層和第三致密陶瓷層，第一致密陶瓷層用于供電發(fā)熱；第二致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有密閉空腔；第三致密陶瓷層內(nèi)設(shè)置有用于實(shí)時(shí)獲取CO氣體產(chǎn)生的反向電壓的CO干擾測(cè)量部分和用于對(duì)產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行測(cè)量及實(shí)時(shí)根據(jù)所述CO干擾測(cè)量部分反饋的反向電壓進(jìn)行氧氣測(cè)量控制電壓的調(diào)節(jié)的氧氣測(cè)量部分，解決極限電流型氧化鋯不能在高濃度抗一氧化碳干擾氣體條件下工作的問(wèn)題，可以在高濃度工況條件下準(zhǔn)確測(cè)量氧氣濃度。

技術(shù)研發(fā)人員：葉顯君,韋俊崢,申屠易鋌,徐進(jìn),張俊勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州昇輝智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/8/20