CN204116515U - 一种基于催化元件的故障检测与保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于催化元件的故障检测与保护电路，包括催化元件（S1）、MOS管（Q1）、第一运算放大器（U1）和第二运算放大器（U2），利用上述电路形成保护电路、故障检测电路和测量电路。本实用新型的基于催化元件的故障检测与保护电路能够实现低功耗启动催化元件，当超量程或故障时能够可靠保护元件，同时能够可靠检测出元件任意管脚的断丝等故障。

Description

一种基于催化元件的故障检测与保护电路

技术领域

       本实用新型涉及一种基于催化元件的故障检测与保护电路。

背景技术

催化元件基于催化燃烧原理，具有输出电压呈线性，响应速度快，元件工作稳定可靠，但同时也存在一些明显的缺点，抗中毒性差，不能工作于高浓度环境，抗振动性、冲击性差，这些缺点使催化元件很容易出现损坏、内部断丝等故障，造成不能正常测量甲烷浓度，出现故障后如果不能及时判断故障原因，会给现场的应用和检修带来很大的麻烦。

因此，需要一种基于催化元件的故障检测与保护电路以解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型针对现有技术中催化元件不能有效保护和进行催化元件的任意管脚断丝的故障检测缺陷，提供一种具有良好的保护电路和任意管脚断丝故障检测电路。

技术方案：

一种基于催化元件的故障检测与保护电路，包括催化元件、MOS管、第一运算放大器和第二运算放大器，所述催化元件包括G端、V端和D端，所述G端连接所述MOS管的漏极，所述MOS管的源极接地并通过电容C1连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的栅极通过电阻R1连接IOcontrol端；

所述催化元件的V端连接二极管的负极，所述二极管的正极连接+3.3V电压端，所述催化元件的V端通过串联连接的电阻R2、可变电阻器R4的固定部分和电阻R3连接所述G端，所述催化元件的D端通过电阻R10连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述可变电阻器R4的移动部分通过电阻R11连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端和反向输入端之间设置有电容C2，所述第一运算放大器的输出端连接AD采样模块，所述第一运算放大器的正电源和负电源分别连接+3.3V电压端和-3.3V电压端，所述第一运算放大器的参考端接地；

所述催化元件的D端通过电阻R6连接所述第二运算放大器的同相输入端并通过电阻R5接地，所述第二运算放大器的反相输入端通过电阻R8接地并通过电阻R7连接+3.3V电压端，所述第二运算放大器的输出端通过电阻R9连接IOtest端。

有益效果：本实用新型的基于催化元件的故障检测与保护电路能够实现低功耗启动催化元件，当超量程或故障时能够可靠保护元件，同时能够可靠检测出元件任意管脚的断丝等故障。

附图说明

图1、是基于催化元件的故障检测与保护电路的电路图；

图2、是催化单元的结构示意图；

图3、是催化单元的测试示意图。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1、图2和图3所示，本实用新型的基于催化元件的故障检测与保护电路，包括催化元件S1、MOS管Q1、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，催化元件S1包括G端、V端和D端，G端连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极接地并通过电容C1连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的栅极通过电阻R1连接IOcontrol端。第一运算放大器U1宜采用AD8223运算放大器。

催化元件S1的V端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接+3.3V电压端，催化元件S1的V端通过串联连接的电阻R2、可变电阻器R4的固定部分和电阻R3连接G端，催化元件S1的D端通过电阻R10连接第一运算放大器U1的同相输入端，可变电阻器R4的移动部分通过电阻R11连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的同相输入端和反向输入端之间设置有电容C2，第一运算放大器U1的输出端连接AD采样模块，第一运算放大器U1的正电源和负电源分别连接+3.3V电压端和-3.3V电压端，第一运算放大器U1的参考端接地。

催化元件S1的D端通过电阻R6连接第二运算放大器U2的同相输入端并通过电阻R5接地，第二运算放大器U2的反相输入端通过电阻R8接地并通过电阻R7连接+3.3V电压端，第二运算放大器U2的输出端通过电阻R9连接IOtest端。

保护电路包括MOS管Q1、电阻、电容。故障检测电路包括第二运算放大器U2及电阻元件。测量电路包括第一运算放大器U1及阻容件。

其中，具体的，二极管D1实现3.3V降压为3V，给催化元件提供正常工作所需要的电压。

请参阅图2和图3所示，R2、R3、R4与催化元件构成电桥电路，其中，R4实现硬件调零，将初始AD值调为一固定非零值。本发明中催化元件为甲烷传感器。

催化元件的结构如图2和图3所示，由检测元件D和补偿元件C构成，检测元件D和补偿元件C连接在一起输出，补偿元件C和检测元件D分别接电源和地。其中，催化元件的G端连接检测元件D的一端，V端连接补偿元件C的一端，D端连接检测元件D和补偿元件C的另一端。

R10、R11、C2构成低通滤波器，减小射频干扰，RG为运放U1的增益调节电阻，运放U1将催化元件和R2、R3、R4构成的电桥电路的差分信号进行放大，送入单片机进行AD采集，从而计算得到甲烷的浓度值。

正常工作时催化元件与电阻R2、电阻R3、可变电阻器R4构成的电桥电路经由第一运算放大器U1进行放大处理后进入单片机进行AD采集，从而实现甲烷浓度的测量。

IOcontrol端由单片机控制输出，通过限流电阻R1和电容C1进行充电，得到一电压值来驱动MOS管Q1的导通与关断，控制催化元件的电源端；检测到故障或超量程需要保护时，IOcontrol输出低电平，关断MOS管Q1，从而切断催化元件的电源，保护催化元件；同时在催化元件上电时通过控制电阻R1和电容C1的充电时间，来控制MOS管导通的速度，从而控制催化元件的电源来实现低功耗启动，更好地实现远供。

电阻R6为限流电阻，电阻R7、电阻R8分压与电阻R6和第二运算放大器U2构成比较器，比较器的输出经电阻R9限流输出IOtest信号给单片机，供单片机采集，当探头白元件出现断丝等故障时，该脚输出为高电平，探头正常工作时输出为低电平，从而可以检测出白元件故障。

R5电阻为下拉电阻，当催化元件的黑元件部分出现断丝等故障时给第二运算放大器U2的同相输入端提供一个稳定的0V电压，使AD采集到的值为0，从而检测出黑元件故障。   

本实用新型公开了一种基于催化元件的故障检测与保护电路，包括保护电路、故障检测电路、测量电路。能够实现低功耗启动催化元件，当超量程或故障时能够可靠保护元件，同时能够可靠检测出元件任意管脚的断丝等故障。

Claims (1)

1.一种基于催化元件的故障检测与保护电路，其特征在于：包括催化元件（S1）、MOS管（Q1）、第一运算放大器（U1）和第二运算放大器（U2），所述催化元件（S1）包括G端、V端和D端，所述G端连接所述MOS管（Q1）的漏极，所述MOS管（Q1）的源极接地并通过电容C1连接所述MOS管（Q1）的栅极，所述MOS管（Q1）的栅极通过电阻R1连接IOcontrol端；

所述催化元件（S1）的V端连接二极管（D1）的负极，所述二极管（D1）的正极连接+3.3V电压端，所述催化元件（S1）的V端通过串联连接的电阻R2、可变电阻器R4的固定部分和电阻R3连接所述G端，所述催化元件（S1）的D端通过电阻R10连接所述第一运算放大器（U1）的同相输入端，所述可变电阻器R4的移动部分通过电阻R11连接所述第一运算放大器（U1）的反相输入端，所述第一运算放大器（U1）的同相输入端和反向输入端之间设置有电容C2，所述第一运算放大器（U1）的输出端连接AD采样模块，所述第一运算放大器（U1）的正电源和负电源分别连接+3.3V电压端和-3.3V电压端，所述第一运算放大器（U1）的参考端接地；

所述催化元件（S1）的D端通过电阻R6连接所述第二运算放大器（U2）的同相输入端并通过电阻R5接地，所述第二运算放大器（U2）的反相输入端通过电阻R8接地并通过电阻R7连接+3.3V电压端，所述第二运算放大器（U2）的输出端通过电阻R9连接IOtest端。