CN101738420A

CN101738420A - 全量程可燃气体检测仪

Info

Publication number: CN101738420A
Application number: CN201010010123A
Authority: CN
Inventors: 韩志刚; 张基伟; 荆兆东; 孙景斌; 王新祥; 王红权; 金泽宇; 高世祥; 穆克
Original assignee: FUSHUN METROLOGY INSTITUTE
Current assignee: FUSHUN METROLOGY INSTITUTE
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-06-16

Abstract

本发明公开了一种全量程可燃气体检测仪。它的检测及控制电路是由敏感元件RH和补偿元件RB与电阻R1、R2组成测量电桥，由补偿元件RB与电阻R2、R3、R4组成另一个测量电桥，两个电桥分别由开关管控制导通，电桥两臂的中点接入仪用放大器电路。当可燃气体浓度小于100％LEL时，前一电桥工作；当可燃气体浓度大于100％LEL时，后一电桥工作。本发明克服了一般催化传感器只能测量爆炸界限浓度以下的可燃性气体的弱点，实现一对传感器可对低浓度和高浓度可燃性气体作准确测量的双重功能。本发明使用感应按键技术，根本改变传统薄膜按键或微动开关使用寿命短和接触不良问题。

Description

全量程可燃气体检测仪

一、技术领域

本发明属于测量检测仪器，具体涉及一种可燃气体检测仪。

二、背景技术

目前使用的热催化燃烧式可燃气体检测仪存在的主要问题是传感器漂移大，要定期维护，维护周期短，并且维护方法复杂、成本较高，抗干扰能力较差。而且现有普通全量程可燃气体检测仪(主要用于甲烷检测)采用载体催化元件和二元热导元件相结合的检测机理，低浓度检测时仍使用载体催化元件；而高浓度检测时使用二元热导元件，电路结构较复杂，高浓度和低浓度量程发生间断和跳跃，量程不连续。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种可对低浓度和高浓度可燃性气体作连续准确测量的全量程可燃气体检测仪。

本发明采用的技术方案是：全量程可燃气体检测仪包括检测及控制电路和按键，它的检测及控制电路是由敏感元件RH和补偿元件RB与电阻R1、R2组成测量电桥，由补偿元件RB与电阻R2、R3、R4组成另一个测量电桥；直流电源分别经开关管M1、M2连接两个电桥，开关管M1、M2的栅极连接单片机U1，两个电桥分别由开关管控制导通，电桥两臂的中点接入仪用放大器电路，经放大器将信号送给单片机U1。

当可燃气体浓度小于100％LEL时，前一电桥工作，可燃气体浓度变化使敏感元件RH铂丝的电阻值变化，电桥的平衡发生变化，经放大器将信号送给单片机，根据催化反应原理，计算出可燃气体的浓度。当可燃气体浓度大于100％LEL时，后一电桥工作，可燃气体浓度变化使补偿元件RB铂丝的电阻值变化，电桥的平衡发生变化，经放大器将信号送给单片机，根据热导原理，计算出可燃气体的浓度。

本发明根据混合气体的总热导系数随待测气体的含量不同而改变和催化反应原理制成，由敏感元件和补偿元件组成电桥的两个臂。遇可燃性气体浓度低于100％LEL时，敏感元件工作、补偿元件起补偿作用，当可燃性气体浓度大于100％LEL时，敏感元件这一臂断开，接入与补偿元件电阻值相同的电阻重新组成两个臂，由补偿元件对可燃性气体作检测。本发明克服了一般催化传感器只能测量爆炸界限浓度以下的可燃性气体的弱点，利用敏感元件对低浓度可燃性气体(0-100％LEL)进行测量，利用补偿元件对高浓度气体(≥100％LEL)进行测量，实现一对传感器可对低浓度和高浓度可燃性气体作准确测量的双重功能。

本发明充分利用单片机的功能，对可燃性气体浓度进行实时采集、数据处理，对可燃性气体传感器进行自动校零、非线性补偿，在全量程检测的处理上，利用单一的热催化载体元件，采用低浓度检测和高浓度检测两种不同检测机制，这样既保证了低浓度检测时的分辨率又兼顾了高浓度检测时的动态范围。高低两端量程衔接连续，没有跳跃和中断，比采用热催化载体元件和热导元件相结合的检测方式节约了成本，降低了仪器的复杂程度，也基本消除了采用热催化载体元件和热导元件相结合的检测方法中存在的量程衔接处发生中断和跳跃的固有的弊端，初步的解决了催化元件的“双值”问题和单个元件全量程测量问题。

四、附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明另一实施方式的电路原理图；

图3为感应按键电路原理图。

五、具体实施方式

图1为实施方式一的电路原理图，电源电压为2.0-3.5V(可依据催化元件的工作电压而定)，U1可选用MAGE8、PIC16F877、MSP430F413等多种单片机，运放可选普通的LM324即可，开关管应选性能稳定、压降小的MOS管，开机时M1导通，M2截止。图中敏感元件RH和补偿元件RB与电阻R1、R2组成测量电桥，并以两臂的中点接到由ICA、ICB、ICC和一些电阻等组成的仪用放大器电路。当可燃气体到达敏感元件和补偿元件表面时，在空气中氧的作用下，在敏感元件表面产生无焰燃烧，敏感元件铂丝的电阻值增大，电桥的平衡发生变化，经仪用放大器放大后，将信号送给单片机U1。当检测到的可燃气体浓度大于100％LEL时，单片机U1动作，关闭MOS管M1，同时打开MOS管M2，使补偿元件RB与电阻R2、R3和R4组成新的电桥。由于可燃气体浓度变化使补偿元件RB所处环境的导热系数发生变化，补偿元件RB的温度变化，补偿元件RB铂丝的电阻值变化，电桥的平衡发生变化，经仪用放大器放大后，将信号送给单片机U1，根据热导原理，计算出可燃气体的浓度。

图2为实施方式二的电路原理图，电源电压为2.0-3.5V(可依据催化元件的工作电压而定)，U1可选用MAGE8、PIC16F877、MSP430F413等多种单片机，运放可选普通的LM324即可，开关管应选性能稳定、压降小的MOS管，它还包括加热管M3、M4，直流电源接入加热管M3、M4串联回路，加热管M3、M4串联的中点连接在电阻R4与补偿元件RB之间，加热管M3、M4的栅极连接单片机U1，加热管M3、M4均由单片机U1控制导通或截止。开机时M1导通，M2、M3和M4截止。敏感元件RH和补偿元件RB与电阻R1、R2组成测量电桥，并以两臂的中点分别接到由ICA、ICB、ICC和一些电阻等组成的仪用放大器电路。当可燃气体到达敏感元件和补偿元件表面时，在空气中氧的作用下，在敏感元件表面产生无焰燃烧，敏感元件铂丝的电阻值增大，电桥的平衡发生变化，经仪用放大器放大后，将信号送给单片机U1。这时单片机U1通过控制加热管M3的导通或截止，对补偿元件RB进行加热，使电桥重新达到平衡。由于这个加热次数与可燃气体浓度有对应关系，可以通过单片机U1累计单位时间内的加热次数n₁，来计算可燃气体的浓度。

当检测到的可燃气体浓度大于100％LEL时，单片机U1动作，关闭MOS管M1，同时打开MOS管M2，使补偿元件RB与电阻R2、R3和R4组成新的电桥。同过可燃气体浓度变化使补偿元件RB所处环境的导热系数发生变化，使补偿元件RB的温度变化，补偿元件RB铂丝的电阻值变化，电桥的平衡发生变化，经仪用放大器放大后，将信号送给单片机U1。这时根据反应的可燃气体的热导系数不同，单片机U1给出不同的指令。当检测甲烷等热导系数比空气大的可燃气体时，单片机U1通过控制加热管M3的导通或截止，对补偿元件RB进行加热，使电桥重新达到平衡。由于这个加热次数与可燃气体浓度有对应关系，可以通过单片机U1累计单位时间内的加热次数n₂，来计算可燃气体的浓度。当检测到丙烷等热导系数比空气小的可燃气体时，单片机U1通过控制加热管M4的导通或截止，对电阻R4进行加热，使电桥重新达到平衡。由于加热次数与可燃气体浓度有对应关系，可以通过单片机累计单位时间内的加热次数n₃，来计算可燃气体的浓度。

本发明使用感应按键技术，根本改变传统薄膜按键或微动开关使用寿命短和接触不良问题。

传感器选用QS12系列光电传感器，由印制在PCB板上的感应器感应操作，经QS12输出开关信号到微处理器，实现按键功能。感应器经电阻R连接光电传感器CX脚，光电传感器CS脚经电容C1接光电传感器VSS脚后接地；光电传感器VDD脚经电容C2输出，光电传感器VDDHI脚接直流电源输入，光电传感器OUT脚接开关输出。

感应电路内置智能激励，可以通过触摸或仅仅接近电路板，就可以起到按键功能。可长期无故障运行，确保产品的可靠性。芯片直流供电，极低的电流消耗，可以采用电池供电。

用户可编程的选择包括：四级灵敏度设置，四个输出模式，四种功率模式和对环境补偿滤波器控制。提供最简单的和成本最低的主要设计参数，只需最少的外部元件和获得极高的灵敏度。

Claims

1.一种全量程可燃气体检测仪，包括检测及控制电路和按键，其特征是：它的检测及控制电路是由敏感元件(RH)和补偿元件(RB)与电阻(R1、R2)组成测量电桥，由补偿元件(RB)与电阻(R2、R3、R4)组成另一个测量电桥；直流电源分别经开关管(M1、M2)连接两个电桥，开关管(M1、M2)的栅极连接单片机(U1)，电桥两臂的中点接入仪用放大器电路，经放大器将信号送给单片机(U1)。

2.根据权利要求1所述的全量程可燃气体检测仪，其特征是：它还包括加热管(M3、M4)，直流电源接入加热管(M3、M4)串联回路，加热管(M3、M4)串联的中点连接在电阻(R4)与补偿元件(RB)之间，加热管(M3、M4)的栅极连接单片机(U1)。

3.根据权利要求1所述的全量程可燃气体检测仪，其特征是：它的按键采用感应按键，感应器经电阻(R)连接光电传感器的(CX)脚，光电传感器(CS)脚经电容(C1)接光电传感器(VSS)脚后接地；光电传感器(VDD)脚经电容(C2)输出，光电传感器(VDDHI)脚接直流电源输入，光电传感器(OUT)脚接开关输出。