CN103439389B - 本安型电化学传感器组件及传感器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本安型电化学传感器组件，包括外壳以及通过填充物封装在外壳内的信号处理板；在信号处理板的左、右两端分别设置有第一弹性灌封料和第二弹性灌封料，对外连接线穿过第一弹性灌封料用于连接主控制器与信号处理板；所述第二弹性灌封料的右端设置有传感器接口板，传感器接口板通过穿过第二弹性灌封料的导线与信号处理板相连接；在所述传感器接口板的右侧安装有可更换的探头，探头外设置有与外壳相连的传感器端盖。本发明完全可以配接目前的7系列传感器，结构简单灵活，不需要确定最后配哪一种传感器及量程是多少，仅通过软件及硬件的配合，即可智能配置系统参数，适应当前传感器类型，大大扩展了系统的适应能力。

Description

本安型电化学传感器组件及传感器控制方法

技术领域

本发明涉及电化学气体传感器领域，尤其涉及一种本安型电化学传感器组件及传感器控制方法。

背景技术

电化学气体传感器利用电解池原理,将空气中某种(可氧化或还原的)化学气体的浓度转化为电信号,常用于测量一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等的浓度,测量范围从ppm数量级至百分比数量级,响应时间在几十秒之内,寿命一至两年。

目前市面上的7系列电化学传感器品种繁多，它们的额定输出电流范围较广在0.25uA～300uA，输出极性亦有正有负，偏置电压在-400mV到+400mV的范围，各不相同。由以上的现状造成成品品种多样化，适配性较差，生产管理不方便，亦不方便大批量的生产备货。

同时由于工业环境的特殊要求，要求传感器组件均要符合本安要求，本安传感器组件的生产流程大致为：装配-调试-老化-安装外壳-环氧灌封。一次性的环氧灌封后传感器组件硬件就无法调整。生产时无法预见客户的要求，造成大批量生产时，不仅造成品种繁多不好管理、操作繁琐，而且产生大量的资金积压及物资浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适配性强，结构简单，调整灵活的本安型电化学传感器组件及传感器控制方法。

为解决上述问题，本发明的一种本安型电化学传感器组件，包括外壳以及通过填充物封装在外壳内的信号处理板；在信号处理板的左、右两端分别设置有第一弹性灌封料和第二弹性灌封料，对外连接线穿过第一弹性灌封料用于连接主控制器与信号处理板；所述第二弹性灌封料的右端设置有传感器接口板，传感器接口板通过穿过第二弹性灌封料的导线与信号处理板相连接；在所述传感器接口板的右侧安装有可更换的探头，探头外设置有与外壳相连的传感器端盖。

所述端盖与探头之间设置有海绵垫圈。

所述端盖与外壳连接处设置有用于密封的O型圈。

所述外壳的左端设置有螺纹隔爆面。

所述传感器接口板上设置有传感器连接座，该传感器接口板包括与传感器出脚尺寸相匹配的孔座。

所述传感器接口板上还设置有可选择衰减器。

所述本安型电化学传感器组件，其信号处理板上的电路部分包括：

运算放大器，通过第一数字电位器与单片机相连，该运算放大器与第一数字电位器在单片机的控制下用作可变增益放大器，以配合传感器的信号输出范围；

基准电压模块，与运算放大器、可选择衰减器相连，以保证运算放大器在无信号输入时，输出为基准电压，以配合传感器的输出信号极性；

恒电位电路模块，分别与传感器连接座以及第二数字电位器相连，提供传感器的工作支持，并通过单片机控制第二数字电位器输入偏置电压，提供传感器所需要的偏置；

RS485接口，与单片机相连，在单片机的控制下提供485通讯通道与外部系统主控制器相连；

A/D转换器，连接于运算放大器以及单片机之间，在单片机的控制下完成信号测量；

单片机，用于控制数字电位器调整运算放大器的增益与传感器的偏置电压；控制A/D转换器以一定的时间间隔，对传感器信号进行采样，对采样得到的数据进行处理，并传送给RS485接口。

所述本安型电化学传感器组件还包括温度传感器，该温度传感器与所述单片机相连。

一种本安型电化学传感器组件控制方法，包括以下步骤：

1）系统初始化；

2）判断是否有通讯指令，如果是，进入步骤3，如果否，进入步骤9；

3）按MODBUS协议进行解码分析；

4）判断指令是否为查询指令，如果是，进入步骤5，如果否，则进入步骤6；

5）采样有效数据并返回，并进入步骤11）；

6）判断指令是否为传感器组件参数配置指令，如果是，进入步骤7），如果否，进入步骤9）；

7）根据指令完成传感器组件参数配置；

8）将当前参数存储至EEPROM，并进入步骤11）；

9）间隔时间t采样传感器的实时数据；

10）数据分析处理；

11）判断系统是否出错，如果是，进入步骤12），如果否，进入步骤2）；

12）系统出错自恢复处理，并进入步骤2）。

所述步骤4）之前还包括：

31）判断指令是否为有效指令，如果是，进入步骤4），如果否，进入步骤9）。

本发明的本安型电化学传感器组件，使用RS485通讯接口完成传感器组件与外部系统主控制器之间的信息交换，突破了传统探测器采样与主控一体或短距离连接的局限，大大延长了传感器组件与主控之间的可安装距离，实现了可远距离控制传感器组件的灵活方案；实现了传感器组件可脱离主控制器独立工作的方案，主控方式也可多样化，除了专用的主控制器，也可使用标准计算机作为主控制器，并且可能使用一个标准计算机控制多个传感器组件，大大拓展了传感器组件的使用场合，使用上更加灵活方便。

本发明的本安型电化学传感器组件完全可以配接目前的7系列传感器，结构简单灵活，不需要确定最后配哪一种传感器及量程是多少，仅通过软件及硬件的配合，即可智能配置系统参数，适应当前传感器类型，大大扩展了系统的适应能力。这种设计思路方便大批量生产，完成充足的老化时间，质量控制可以到位。

附图说明

图1为本发明本安型电化学传感器组件的结构示意图；

图2为本发明电路结构示意图；

图3为本发明本安型电化学传感器组件控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，本发明的一种本安型电化学传感器组件，包括外壳3以及通过填充物2封装在外壳内的信号处理板4；在信号处理板的左、右两端分别设置有第一弹性灌封料1a和第二弹性灌封料1b，对外连接线11穿过第一弹性灌封料用于连接主控制器与信号处理板；所述第二弹性灌封料的右端设置有传感器接口板5，传感器接口板通过穿过第二弹性灌封料的导线与信号处理板相连接；在所述传感器接口板的右侧安装有可更换的探头8，探头外设置有与外壳相连的传感器端盖10。

所述端盖与探头之间设置有海绵垫圈9；在所述端盖与外壳连接处设置有用于密封的O型圈6。所述传感器接口板与探头之间还设置有聚四氟乙烯垫7。同时，在所述外壳的左端套有螺纹隔爆面12。

所述传感器接口板上设置有传感器连接座，该传感器接口板包括与传感器出脚尺寸相匹配的孔座；所述传感器接口板上还设置有可选择衰减器。由于该传感器接口板不灌封，所以对于输出很大的传感器可以进行适当衰减，以保证系统工作在线性状态，这样可配置更多的传感器，而不影响批量生产。

本发明的本安型电化学传感器组件，使用RS485通讯接口完成传感器组件与外部系统主控制器之间的信息交换，突破了传统探测器采样与主控一体或短距离连接的局限，大大延长了传感器组件与主控之间的可安装距离，实现了可远距离控制传感器组件的灵活方案；实现了传感器组件可脱离主控制器独立工作的方案，主控方式也可多样化，除了专用的主控制器，也可使用标准计算机作为主控制器，并且可能使用一个标准计算机控制多个传感器组件，大大拓展了传感器组件的使用场合，使用上更加灵活方便。

所述本安型电化学传感器组件，其信号处理板上的电路部分包括：

运算放大器，通过第一数字电位器与单片机相连，该运算放大器与第一数字电位器在单片机的控制下用作可变增益放大器，以配合传感器的信号输出范围；

基准电压模块，与运算放大器、可选择衰减器相连，以保证运算放大器在无信号输入时，输出为基准电压，以配合传感器的输出信号极性；

恒电位电路模块，分别于传感器连接座以及第二数字电位器相连，提供传感器的工作支持，并通过第二数字电位器输入偏置电压，提供传感器所需要的偏置；

RS485接口，与单片机相连，在单片机的控制下提供485通讯通道与外部系统主控制器相连；

A/D转换器，连接于运算放大器以及单片机之间，在单片机的控制下完成信号测量；

单片机，用于控制数字电位器调整运算放大器的增益与传感器的偏置电压；控制A/D转换器以一定的时间间隔，对传感器信号进行采样，对采样得到的传感器数据、温度数据等传送至RS485接口，并按MODBUS协议，传送到主控制器。

所述本安型电化学传感器组件还包括温度传感器，该温度传感器与所述单片机相连。

本发明的本安型电化学传感器组件完全可以配接目前的7系列传感器，结构简单灵活，不需要确定最后配哪一种传感器及量程是多少，仅通过软件及硬件的配合，即可智能配置系统参数，适应当前传感器类型，大大扩展了系统的适应能力。这种设计思路方便大批量生产，完成充足的老化时间，质量控制可以到位。

一种本安型电化学传感器组件控制方法，包括以下步骤：

1）系统初始化；

2）判断是否有通讯指令，如果是，进入步骤3，如果否，进入步骤9；

3）按MODBUS协议进行解码分析；

4）判断指令是否为查询指令，如果是，进入步骤5，如果否，则进入步骤6；

5）采样有效数据并返回，并进入步骤11）；

6）判断指令是否为传感器组件参数配置指令，如果是，进入步骤7），如果否，进入步骤9）；

7）根据指令完成传感器组件参数配置；

8）将当前参数存储至EEPROM，并进入步骤11）；

9）间隔时间t采样传感器的实时数据；

10）数据分析处理；

11）判断系统是否出错，如果是，进入步骤12），如果否，进入步骤2）；

12）系统出错自恢复处理，并进入步骤2）。

所述步骤4）之前还包括：

31）判断指令是否为有效指令，如果是，进入步骤4），如果否，进入步骤9）。

考虑到系统的稳定性，将传感器组件作为从工作状态，便于整个系统的协调。传感器组件也有自恢复机制，以保持正常状态，满足主控随时的指令访问并返回相应数据。返回的数据考虑到有效性，对原始采样数据进行了预处理，确保数据有效，防止主控的误处理。信号流程：当电化学传感器类型需要改变时，系统主控制器将当前的传感器类型发送给传感器组件，传感器组件通过通讯信号接收到指令后，按MODBUS协议解码分析。判断指令数据正确后，对相应的参数智能配置，完成适配工作，并将当前参数存储至EEPROM，这样传感器组件即使掉电后，亦可继续在当前状态下工作，即便系统主控制器故障也能保持目前的传感器的工作条件。采样工作期间，系统主控制器发送相应指令到传感器组件，传感器组件将准备好的数据返回至主控制器，并能够自动根据通讯状态调整传感器数据的采样时间，以提高数据的精度。

Claims (10)

1.一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，包括外壳以及通过填充物封装在外壳内的信号处理板；在信号处理板的左、右两端分别设置有第一弹性灌封料和第二弹性灌封料，对外连接线穿过第一弹性灌封料用于连接主控制器与信号处理板；所述第二弹性灌封料的右端设置有传感器接口板，传感器接口板通过穿过第二弹性灌封料的导线与信号处理板相连接；在所述传感器接口板的右侧安装有可更换的探头，探头外设置有与外壳相连的传感器端盖。

2.如权利要求1所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述传感器端盖与探头之间设置有海绵垫圈。

3.如权利要求1所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述端盖与外壳连接处设置有用于密封的O型圈。

4.如权利要求1所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述外壳的左端设置有螺纹隔爆面。

5.如权利要求1所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述传感器接口板上设置有传感器连接座，该传感器接口板包括与传感器出脚尺寸相匹配的孔座。

6.如权利要求5所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述传感器接口板上还设置有可选择衰减器。

7.如权利要求5或6所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述本安型电化学传感器组件，其信号处理板上的电路部分包括：

运算放大器，通过第一数字电位器与单片机相连，该运算放大器与第一数字电位器在单片机的控制下用作可变增益放大器，以配合传感器的信号输出范围；

基准电压模块，与运算放大器、可选择衰减器相连，以保证运算放大器在无信号输入时，输出为基准电压，以配合传感器的输出信号极性；

恒电位电路模块，分别与传感器连接座以及第二数字电位器相连，提供传感器的工作支持，并通过单片机控制第二数字电位器输入偏置电压，提供传感器所需要的偏置；

RS485接口，与单片机相连，在单片机的控制下提供485通讯通道与外部系统主控制器相连；

A/D转换器，连接于运算放大器以及单片机之间，在单片机的控制下完成信号测量；

单片机，用于控制第一数字电位器调整运算放大器的增益与传感器的偏置电压；控制A/D转换器以一定的时间间隔，对传感器信号进行采样，对采样得到的数据进行处理，并传送给RS485接口。

8.如权利要求7所述的一种本安型电化学传感器组件，其特征在于，所述本安型电化学传感器组件还包括温度传感器，该温度传感器与所述单片机相连。

9.一种本安型电化学传感器组件控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统初始化；

2)判断是否有通讯指令，如果是，进入步骤3，如果否，进入步骤9；

3)按MODBUS协议进行解码分析；

4)判断指令是否为查询指令，如果是，进入步骤5，如果否，则进入步骤6；

5)采样有效数据并返回，并进入步骤11)；

6)判断指令是否为传感器组件参数配置指令，如果是，进入步骤7)，如果否，进入步骤9)；

7)根据指令完成传感器组件参数配置；

8)将当前参数存储至EEPROM，并进入步骤11)；

9)间隔时间t采样传感器的实时数据；

10)数据分析处理；

11)判断系统是否出错，如果是，进入步骤12)，如果否，进入步骤2)；

12)系统出错自恢复处理，并进入步骤2)。

10.如权利要求9所述的一种本安型电化学传感器组件控制方法，其特征在于，所述步骤4)之前还包括：

31)判断指令是否为有效指令，如果是，进入步骤4)，如果否，进入步骤9)。