一种三电极溶解氧传感器调理电路的制作方法

1.本实用新型涉及溶解氧浓度监测技术领域，更具体地说，它涉及一种三电极溶解氧传感器调理电路。


背景技术：

2.溶解氧是核反应堆一回路冷却剂的重要水质参数，冷却剂中的溶解氧浓度直接关系到一回路系统的材料腐蚀以及腐蚀产物的迁移和沉积，进而关系到一回路系统的放射性剂量以及反应堆运行的安全性。压水反应堆冷却剂中的含氧量不应超过0.1mg/l，因此，监测冷却剂中的溶解氧浓度对一回路系统结构完整性以及反应堆系统安全性具有重要意义。
3.基于电化学原理的溶解氧传感器采用三电极结构，包括阳极、阴极和保护电极，该传感器需外部提供驱动电压信号以维持电化学测量状态，并且由于电化学反应产生的电流信号极其微弱，不能直接传输到二次仪表或测控系统进行数据采集和结果分析，需要对其进行调理。目前，没有适用于三电极电化学型溶解氧传感器的调理电路，能够满足宽范围、高精度溶解氧浓度监测，并实现与传感器的远距离分离。因此，需要定制三电极溶解氧传感器调理电路。
4.现有技术中，公告号为cn102520031a的中国专利文献公开了一种水中溶解氧检测电路，包括检测放大电路和电源电路，该专利所述的溶解氧检测电路适用于两电极型的溶解氧传感器，该类传感器在溶解氧浓度测量精度、检测下限等性能指标上存在一定的局限性，通常无法满足ppb级溶解氧浓度的检测需求。此外，该专利无法实现调理电路与传感器远距离分离，无法适用于核反应堆冷却剂中的溶解氧浓度监测。
5.因此，如何研究设计一种三电极溶解氧传感器调理电路是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种三电极溶解氧传感器调理电路，不仅能够实现对三电极溶解氧传感器的稳定驱动以及微弱电流信号检测，还实现了调理电路与传感器远距离分离，适用于辐照、高温、高压等复杂工况下的溶解氧浓度在线监测。
7.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种三电极溶解氧传感器调理电路，包括电源电路、检测电路以及两个驱动电路；
8.电源电路由外部电源供电；
9.两路驱动电路的正端均连接溶解氧传感器的阳极，一路驱动电路的负端连接溶解氧传感器的保护电极，另一路驱动电路的负端连接检测电路中的信号地；两个驱动电路可独立输出两路驱动溶解氧传感器工作在测量状态的驱动电压信号；
10.检测电路与溶解氧传感器的阴极连接；检测电路，用于对溶解氧传感器电化学反应产生的阴极电流进行转换、放大、滤波和阻抗变换，输出与二次仪表或测控系统采集端相
匹配的电压信号。
11.进一步的，所述电源电路由外部电源输入 24v直流电压，输出
±
10.2v和 1.2v直流电压；
±
10.2v直流电压为驱动电路和检测电路中的运算放大器供电； 1.2v直流电压为两个驱动电路提供驱动原始信号。
12.进一步的，所述电源电路包括保险丝f1、tvs管d1、稳压二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、dc-dc变换器u1、稳压器u2、稳压器u3、电源芯片u4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和接线端子j1；
13.接线端子j1的1脚连接保险丝f1的一端和外部 24v电源的正端，2脚接地；保险丝另一端连接二极管d3正端；二极管d3另一端连接dc-dc变换器u1的1脚；dc-dc变换器u1的2脚接地；tvs管d1、稳压二极管d2、电容c1和电容c2并联连接在 24v电源正负端之间；dc-dc变换器u1的4、5、6脚分别连接电感l1、电感l2、电感l3的一端；电感l1的另一端连接稳压器u2的1脚、3脚和二极管d4的负端，电感l2的另一端接地，电感l3的另一端稳压器u3的5脚和二极管d5的正端；电阻r3一端连接稳压器u2的4脚，另一端连接稳压器u2的5脚、二极管d4的负端和电阻r5的一端；电阻r5另一端输出 10.2v电压；电阻r4一端连接稳压器u3的3脚，另一端连接稳压器u3的4脚、二极管d5的正端和电阻r6的一端；电阻r6另一端输出-10.2v电压；电容c3和电容c5并联连接在稳压器u2输入端和地之间；电容c4和电容c6并联连接在稳压器u3输入端和地之间；电阻r1、电容c7、电容c9和电容c11并联连接在 10.2v和地之间；电阻r2、电容c8、电容c10和电容c12并联连接在-10.2v和地之间；电源芯片u4的8脚连接 10.2v，4脚接地，1脚输出 1.2v电压；电容c13和电容c14并联连接在电源芯片u4的8脚和地之间；电容c15并联连接在电源芯片u4的1脚和地之间。
14.进一步的，两所述驱动电路对输入的 1.2v驱动原始信号进行分压，分压比例由两个滑动变阻器分别调节，可独立输出0.4v～0.9v范围的电压信号；分压后的电压信号由电压跟随器分别输出两路驱动电压信号。
15.进一步的，所述驱动电路包括运算放大器u5、滑动变阻器rj1、电位器rp1、稳压二极管d6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、bnc接头j2；
16.电阻r7的一端连接 1.2v，另一端连接滑动变阻器rj1的3脚和稳压二极管d6的负端；滑动变阻器rj1的1脚连接r8的一端和运算放大器u5的3脚；电阻r8的另一端和稳压二极管d6的正端的均接地；运算放大器u5的7脚连接 10.2v，4脚连接-10.2v，2脚连接6脚和电阻r9的一端；电阻r9的另一端连接bnc接头j2的1脚，输出溶解氧传感器驱动电压信号至溶解氧传感器的阳极；bnc接头j2的2脚连接溶解氧传感器的保护电极并接地；电位器rp1的1脚和3脚分别连接运算放大器u5的1脚和8脚；电容c16和电容c17并联连接在 10.2v和地之间；电容c18和电容c19并联连接在-10.2v和地之间。
17.进一步的，所述检测电路包括i/v转换器、滤波器和电压跟随器。
18.进一步的，所述i/v转换器由运算放大器ada4627和精密电阻构建，用于将溶解氧传感器的阴极电流信号转换成电压信号并放大。
19.进一步的，所述滤波器为二阶巴特沃斯低通滤波器，由运算放大器opa2277和2组电阻、电容构建，用于将i/v转换器输出的电压信号进行滤波。
20.进一步的，所述电压跟随器由运算放大器ada4627构建，用于降低溶解氧传感器调
理电路的输出阻抗，并输出与溶解氧浓度相关的、可直接被a/d转换器采集的电压信号。
21.进一步的，所述检测电路包括运算放大器u7、运算放大器u8、运算放大器u9、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c24、电容c25、bnc接头j4；
22.bnc接头j4的1脚连接溶解氧传感器的阴极、运算放大器u7的2脚和电阻r13的一端，2脚接地；电阻r13的另一端连接运算放大器u7的6脚、电阻r14的一端；电阻r14的另一端连接电阻r15、电阻r16和电容c24的一端；电容c24的另一端接地；电阻r16的另一端连接电容c25的一端和运算放大器u8的2脚；电容c25的另一端连接电阻r15的另一端和运算放大器u8的1脚和运算放大器u9的3脚；运算放大器u9的2脚连接6脚和接线端子j5的1脚；接线端子j5的2脚接地，1脚输出与溶解氧浓度相关的、可直接被a/d转换器采集的电压信号。
23.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
24.1、本实用新型能够实现对三电极溶解氧传感器的双工作回路的稳定驱动，使该传感器工作在电化学测量状态；
25.2、本实用新型能够对三电极溶解氧传感器阴极电流进行转换、放大、滤波和阻抗变换，得到稳定的、与溶解氧浓度相关的、与二次仪表或测控系统数据采集端输入特性相匹配的电压信号，便于数据采集和结果分析；
26.3、本实用新型实现了与溶解氧传感器远距离分离，适用于辐照、高温、高压等复杂工况下的溶解氧浓度在线监测；
27.4、本实用新型采用模块化设计，体积小、重量轻，便于安装、拆卸以及维护检修。
附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构建本技术的一部分，并不构建对本实用新型实施例的限定。在附图中：
29.图1是本实用新型实施例中的工作原理图；
30.图2是本实用新型实施例中电源电路的原理图；
31.图3是本实用新型实施例中驱动电路的原理图；
32.图4是本实用新型实施例中检测电路的原理图。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
34.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
35.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.实施例1：一种三电极溶解氧传感器调理电路，如图1所示，包括电源电路、检测电路以及两个驱动电路。电源电路由外部电源供电。两路驱动电路的正端均连接溶解氧传感器的阳极，一路驱动电路的负端连接溶解氧传感器的保护电极，另一路驱动电路的负端连接检测电路中的信号地；两个驱动电路可独立输出两路驱动溶解氧传感器工作在测量状态的驱动电压信号。检测电路与溶解氧传感器的阴极连接；检测电路，用于对溶解氧传感器电化学反应产生的阴极电流进行转换、放大、滤波和阻抗变换，输出与二次仪表或测控系统采集端相匹配的电压信号。
38.实施例2：电源电路
39.如图1与图2所示，电源电路由外部电源输入 24v直流电压，输出
±
10.2v和 1.2v直流电压；
±
10.2v直流电压为驱动电路和检测电路中的运算放大器供电； 1.2v直流电压为两个驱动电路提供驱动原始信号。
40.如图2所示，电源电路包括保险丝f1、tvs管d1、稳压二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、dc-dc变换器u1、稳压器u2、稳压器u3、电源芯片u4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和接线端子j1。
41.接线端子j1的1脚连接保险丝f1的一端和外部 24v电源的正端，2脚接地；保险丝另一端连接二极管d3正端；二极管d3另一端连接dc-dc变换器u1的1脚；dc-dc变换器u1的2脚接地；tvs管d1、稳压二极管d2、电容c1和电容c2并联连接在 24v电源正负端之间；dc-dc变换器u1的4、5、6脚分别连接电感l1、电感l2、电感l3的一端；电感l1的另一端连接稳压器u2的1脚、3脚和二极管d4的负端，电感l2的另一端接地，电感l3的另一端稳压器u3的5脚和二极管d5的正端；电阻r3一端连接稳压器u2的4脚，另一端连接稳压器u2的5脚、二极管d4的负端和电阻r5的一端；电阻r5另一端输出 10.2v电压；电阻r4一端连接稳压器u3的3脚，另一端连接稳压器u3的4脚、二极管d5的正端和电阻r6的一端；电阻r6另一端输出-10.2v电压；电容c3和电容c5并联连接在稳压器u2输入端和地之间；电容c4和电容c6并联连接在稳压器u3输入端和地之间；电阻r1、电容c7、电容c9和电容c11并联连接在 10.2v和地之间；电阻r2、电容c8、电容c10和电容c12并联连接在-10.2v和地之间；电源芯片u4的8脚连接 10.2v，4脚接地，1脚输出 1.2v电压；电容c13和电容c14并联连接在电源芯片u4的8脚和地之间；电容c15并联连接在电源芯片u4的1脚和地之间。
42.实施例3：驱动电路
43.如图1与图3所示，两所述驱动电路对输入的 1.2v驱动原始信号进行分压，分压比例由两个滑动变阻器分别调节，可独立输出0.4v～0.9v范围的电压信号；分压后的电压信号由电压跟随器分别输出两路驱动电压信号。
44.如图3所示，驱动电路包括运算放大器u5、滑动变阻器rj1、电位器rp1、稳压二极管d6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、bnc接头j2。
45.电阻r7的一端连接 1.2v，另一端连接滑动变阻器rj1的3脚和稳压二极管d6的负端；滑动变阻器rj1的1脚连接r8的一端和运算放大器u5的3脚；电阻r8的另一端和稳压二极
管d6的正端的均接地；运算放大器u5的7脚连接 10.2v，4脚连接-10.2v，2脚连接6脚和电阻r9的一端；电阻r9的另一端连接bnc接头j2的1脚，输出溶解氧传感器驱动电压信号至溶解氧传感器的阳极；bnc接头j2的2脚连接溶解氧传感器的保护电极并接地；电位器rp1的1脚和3脚分别连接运算放大器u5的1脚和8脚；电容c16和电容c17并联连接在 10.2v和地之间；电容c18和电容c19并联连接在-10.2v和地之间。
46.实施例4：检测电路
47.如图1与图4所示，检测电路包括i/v转换器、滤波器和电压跟随器。i/v转换器由运算放大器ada4627和精密电阻构建，用于将溶解氧传感器的阴极电流信号转换成电压信号并放大。滤波器为二阶巴特沃斯低通滤波器，由运算放大器opa2277和2组电阻、电容构建，用于将i/v转换器输出的电压信号进行滤波。电压跟随器由运算放大器ada4627构建，用于降低溶解氧传感器调理电路的输出阻抗，并输出与溶解氧浓度相关的、可直接被a/d转换器采集的电压信号。
48.如图4所示，检测电路包括运算放大器u7、运算放大器u8、运算放大器u9、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c24、电容c25、bnc接头j4。
49.bnc接头j4的1脚连接溶解氧传感器的阴极、运算放大器u7的2脚和电阻r13的一端，2脚接地；电阻r13的另一端连接运算放大器u7的6脚、电阻r14的一端；电阻r14的另一端连接电阻r15、电阻r16和电容c24的一端；电容c24的另一端接地；电阻r16的另一端连接电容c25的一端和运算放大器u8的2脚；电容c25的另一端连接电阻r15的另一端和运算放大器u8的1脚和运算放大器u9的3脚；运算放大器u9的2脚连接6脚和接线端子j5的1脚；接线端子j5的2脚接地，1脚输出与溶解氧浓度相关的、可直接被a/d转换器采集的电压信号。
50.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。