CN201382921Y - 气体检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种矿井用气体检测装置，具体来讲是带温度补偿的气体检测装置。它包括顺次连接的电化学气体传感器、信号采样电路、信号放大电路、模数转换器和微处理器单元，所述电化学气体传感器连接有防开路处理电路和偏差电压的控制电路，温度检测电路与模数转换器连接。本实用新型相较于现有技术在信号放大电路中增加热敏电阻来进行温度补偿，使得电路简单实用，在－20℃～40℃的温度范围内测量结果准确，为井下矿工的生命安全提供了有力的保障。

Description

气体检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体检测技术，特别是一种带温度补偿电路的气体检测装置，属于检测领域。

背景技术

目前，气体检测装置中用的电化学传感器受环境温度的影响较大，现有的电化学传感器的温度补偿电路，效果不理想且电路非常复杂。在常温下正常工作，测量精度尚能满足要求，但是在高低温的恶劣条件下测量精度就会大大降低，为井下有害气体的检测埋下了隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电路简单实用的气体检测装置，以解决现有技术电化学气体传感器受温度影响较大，导致整机检测结果不可靠的隐患的问题。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：包括顺次连接的电化学气体传感器、信号采样电路(本装置中即电流电压转换电路，以下简称I/V转换电路)、信号放大电路、模数转换器(即A/D转换器)和微处理器单元，温度检测电路与模数转换器连接，用于检测环境温度。信号放大电路反馈回路中设置热敏电阻。电化学气体传感器还连接有偏差电压的控制电路和防开路处理电路。

所述电化学气体传感器检测到空气中的气体含量后，输出相应的电流信号，经过I/V转换电路把电流信号转换成电压信号，再送入信号放大电路进行放大，在放大的过程中进行了温度校正处理，经过放大和温度校正的模拟信号经滤波处理后送到所述A/D转换器转换成数字信号，最后送入所述微处理器单元进行计算和处理。微处理器单元接收到温度检测电路传过来的环境温度信息对接收到的信号进行进一步的温度补偿处理，从而得到更加精确的检测结果。

本实用新型相较于现有技术在信号放大电路的反馈电路中增加热敏电阻来进行温度补偿，使得电路简单实用，在-20℃～40℃的温度范围内测量结果准确，为井下矿工的生命安全提供了有力的保障。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为本实用新型的局部电路原理图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型的电路框图，包括顺次连接的电化学气体传感器1、信号采样电路2、信号放大电路3、A/D转换器4和微处理器单元5，温度检测电路6与A/D转换器4连接，用于检测环境温度，电化学气体传感器1连接有防开路处理电路8和偏差电压的控制电路7。

如图2所示，本实用新型的局部电路原理图，电化学气体传感器1有三个电极，分别是工作电极SEN W、参考电极SEN R和对电极SEN C。

信号采样电路由一采样电阻R6构成，电化学气体传感器1的工作电极SENW连接采样电阻R6。

信号放大电路由第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第八电阻R8、采样电阻R6、第二电容C2、第三电容C3、第二运算放大器U1B和热敏电阻RT1构成。其中，第四电阻R4、第五电阻R5串联后，连接在第二运算放大器U1B的反相输入端和输出端，采样电阻R6连接在第二运算放大器U1B的反相输入端，第二运算放大器U1B的同相输入端经第七电阻R7接参考电源，第二电容C2并联在第二运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间，第二运算放大器U1B的输出端连接第八电阻R8，第八电阻R8的另一端经第三电容C3接参考电源，热敏电阻RT1于第四电阻R4并联。热敏电阻RT1为B＝3960的负温度系数热敏电阻。

图1中的温度检测电路6由一个温度传感器来构成，用来检测环境温度。

偏差电压的控制电路7连接在电化学气体传感器1的参考电极SEN R和对电极SEN C之间，由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器U1A、第一电容C1以及一个滤波电容C4连接构成。第三电阻R3、第二电阻R2串接后，连接在参考电极SEN R和第一运算放大器U1A的反相输入端，对电极SEN C连接第一运算放大器U1A的输出端，第一运算放大器U1A的同相输入端经第一电阻R1连接到参考电源，第一运算放大器U1A的正电源经一滤波电容C4接地，负电源接地，对电极SEN C和第二电阻R2、第三电阻R3的公共连接点间跨接有第一电容C1。偏差电压的控制电路7为电化学气体传感器1提供一个稳定的偏压，使得传感器可以稳定地工作。

信号放大电路3和偏差电压的控制电路7中参考电源采用了1/2正电源电压(即VCC/2)，这样可以保证在不增加负压芯片的情况下不失真地采样到电化学气体传感器的正向和负向信号。VCC/2由微处理器单元来提供，使得电路简单可靠。

防开路处理电路8由一个P沟道场效应管Q1构成，跨接在电化学气体传感器1的工作电极SEN W和参考电极SEN R之间。场效应管Q1的源极连接电化学气体传感器1的工作电极SEN W，漏极连接电化学气体传感器1的参考电极SEN R，栅极连接正电源。防开路处理电路8用于尽快稳定开机的时间，并且防止电极极化。

本实用新型采用电化学传感器作气体传感器的敏感元件，由于其输出信号是电流型的，所以必须将输出的信号转换为电压型的信号或者频率信号才能进行模拟数字转换。转换成数字信号后，进行数字化处理。

本实用新型的工作过程如下：首先，电化学气体传感器检测到气体含量后，把气体浓度信息转换成相应的电流信号来输出，再经过信号采样电路进行电流电压转换，然后经信号放大电路进行放大，在放大过程中，由于反馈电路包含负温度系数的热敏电阻RT1，温度变低时，热敏电阻阻值增大，反之，温度变高时，热敏电阻阻值变小，这样就补偿了运算放大器放大增益受温度的影响。经放大后的信号滤波之后送入A/D转换器进行模拟信号到数字信号的转换，然后数字信号送到微处理器进行处理。温度检测电路检测到环境温度后把温度信号送到A/D转换器转换成数字信号，然后送到微处理器。微处理器接收到温度信息后对检测到的气体含量信息进行进一步的软件温度补偿，这样经过软件温度补偿后的检测结果与未进行软件补偿的结果相比就准确的多，检测结果稳定。最后根据处理结果以及实际需要进行显示报警等操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1、一种气体检测装置，其特征在于：包括顺次连接的电化学气体传感器、信号采样电路、信号放大电路、模数转换器和微处理器单元，温度检测电路与模数转换器连接，用于检测环境温度，信号放大电路反馈回路中设置热敏电阻。

2、根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻。

3、根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述信号采样电路由一采样电阻构成。

4、根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：所述电化学气体传感器连接有偏差电压的控制电路和防开路处理电路，所述偏差电压的控制电路为电化学气体传感器提供稳定工作的电压，所述防开路处理电路用来稳定开机时间和防止电极极化。

5、根据权利要求4所述的气体检测装置，其特征在于：所述防开路处理电路由一个P沟道场效应管构成，跨接在所述电化学气体传感器的工作电极和参考电极之间，所述场效应管的源极连接所述电化学气体传感器的工作电极，漏极连接所述电化学气体传感器的参考电极，栅极连接正电源。

6、根据权利要求4所述的气体检测装置，其特征在于：所述偏差电压的控制电路连接在所述电化学气体传感器的参考电极和对电极之间，由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一电容以及一个滤波电容连接构成，所述第三电阻、第二电阻串接后，连接所述参考电极和所述第一运算放大器的反相输入端，所述对电极连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的同相输入端经所述第一电阻连接到参考电源，所述第一运算放大器的正电源经所述滤波电容接地，负电源接地，所述电化学气体传感器的对电极和所述第二、第三电阻的公共连接点之间跨接有所述第一电容。

7、根据权利要求3所述的气体检测装置，其特征在于：信号放大电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容、第三电容、第二运算放大器和热敏电阻，其中，所述第四、第五电阻串联后，连接在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端，所述采样电阻连接在所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端经所述第七电阻接参考电源，所述第二电容并联在所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第二运算放大器的输出端连接所述第八电阻，所述第八电阻的另一端经所述第三电容接参考电源，所述热敏电阻与所述第四电阻并联。

8、根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于：温度检测电路由一个温度传感器构成。

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