CN205426838U - 单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电器控制与煤矿安全技术领域，涉及一种单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置，检测装置包括甲烷催化元件、信号处理电路、单片机、声光报警模块、频率输出、LED显示模块、红外接收模块、电源模块。本实用新型基于催化燃烧与热传导的原理检测气体的浓度，利用传感器自带的一个外部可控电子开关来回切换，选择采用热传导工作状态或是催化燃烧工作状态，从而实现单一载体催化元件测量全量程甲烷浓度。此外，传感器自带的温度传感器提供温度输出，以便仪表微处理器执行温度补偿。本实用新型能实现全量程测量甲烷浓度，并进行温度补偿校正，精度较高且适用范围广。

Description

单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置

技术领域

本实用新型属于电器控制与煤矿安全技术领域，涉及一种单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置。

背景技术

在煤矿与石化行业的安全生产中，对甲烷浓度的测量要求十分重视，目前主要的测量原理是催化燃烧法。催化燃烧的检测元件由铂电阻黑元件和铂电阻白元件串联，黑元件表面含催化剂，通过电加热把检测元件加热到400℃左右的高温后，若黑元件周围含有甲烷气体，则甲烷会发生无焰催化燃烧，并放出热量，该热量会使黑元件的电阻值进一步升高。黑元件阻值上升的大小与甲烷的浓度呈正比，通过测量电阻值的变化即可确定气体浓度。但是，当气体浓度达到4％以上时，测量精度变差，而且容易自燃，烧坏整个装置。采用该催化燃烧方法的测量装置只适合甲烷浓度在0％～4％范围内测量。

为了实现全量程甲烷浓度测量，目前通常的做法是使用催化元件和热导元件两个分离的元件协同工作。催化元件用于低浓度甲烷测量，热导元件实现高浓度甲烷测量，通过切换就实现了全量程甲烷浓度测量。但是，在使用过程中存在切换时平稳过渡的问题，甚至出现双值问题，同时由于没有催化燃烧黑元件的温度控制机制，在催化燃烧时温度还是偏高，缩短了整个传感器的使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是针对以上技术的缺陷，提供一种单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置。本实用新型的技术解决方案是，检测装置包括：甲烷催化元件、信号处理电路、单片机、电子开关、红外接收模块、电源模块、声光报警模块、频率输出、LED显示模块、温度传感器，甲烷催化元件通过信号处理电路与单片机连接，单片机同时与电子开关、红外接收模块、电源模块、声光报警模块、频率输出、LED显示模块、温度传感器连接。

所述甲烷催化元件为全量程传感器MP-7217-TC。

本实用新型具有以下优点和有益效果：

本实用新型实现了甲烷浓度的全量程测量，综合了热传导工作模式和催化燃烧工作模式。用电子开关替换了原有的分离热导元件，它在保证了测量的精度前提下能在这两种工作模式间平稳切换、避免了双值问题、延长了传感器的使用寿命。

本实用新型有效的降低了功耗，精巧集成的设计使其具有高抗中毒性能，受交叉干扰影响小等优点。

本实用新型为了满足对甲烷浓度全量程测量的要求，可以将热传导方法与催化燃烧方法相结合，利用甲烷浓度与热传导系数呈正比的关系来测量浓度为4％～100％范围内的甲烷气体。传感器MP-7217-TC工作时在催化燃烧模式和热传导模式之间切换，这样的方法能够解决全量程测量的问题。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型的工作电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明，如图1、2所示。检测装置包括甲烷催化元件1、信号处理电路2、单片机3、红外接收模块8、电源模块9、声光报警模块5、频率输出6、LED显示模块7。甲烷催化元件1将采集到的被测气体信号送至信号处理电路2处理后再送至单片机3，单片机3同时与红外接收模块8、电源模块9、声光报警模块5、频率输出6、LED显示模块7连接。该装置以单片机3为核心，配以其它功能辅助电路，能实时检测并显示环境甲烷气体浓度值，同时输出频率或电流信号供远程采集。当浓度值达到设定报警值时，自动发出声光报警。通过遥控器实现传感器调校零点和灵敏度以及报警点参数设置等操作。

本实用新型所采用的全量程传感器MP-7217-TC，该传感器集成催化燃烧和热传导两种原理，爆炸下限部分用催化原理检测，全量程部分通过热传导原理检测，利用单一载体催化元件实现全量程的浓度测量。如图3所示，全量程传感器MP-7217-TC包括一个外部可控电子开关4ADG849，利用软件控制IN进行催化燃烧模式和热传导模式的来回转换。当IN电压为地，则为载体催化燃烧模式；当IN电压为3V，则为热传导模式。当气体浓度从低到高，60％LEL时转换为热导模式；当浓度从高到低，在50％LEL时从热传导模式转换为载体催化燃烧模式。

ADG849是一款单芯片CMOS单刀双掷(SPDT)开关，采用+1.8V至5.5V电源供电。它具有超低导通电阻，典型值为0.5Ω，因此非常适合要求极低开关失真的应用。ADG849还能够载送大量电流；采用5V电源供电时，载流能力典型值为600mA。接通时，ADG849的各开关在两个方向的导电性能相同。该器件为先开后合式，从而可防止开关通道时发生瞬时短路。ADG849提供6引脚小型SC70封装，因而非常适合空间受限的应用。

传感器MP-7217-TC自带的温度传感器10提供温度输出，温度传感器10计算公式Temp(DegC)＝(Vout-0.424)/0.00625，以便仪表微处理器执行温度补偿。

所述甲烷载体催化元件的黑元件为带催化剂的铂电阻，其白元件为不含催化剂的铂电阻。当处于热传导工作状态时，单片机3通过硬件IO口输出来控制驱动电压，向黑、白元件供电，对其进行加热并保持在大约200℃。当处于催化燃烧工作状态时，单片机3通过硬件IO口输出来控制驱动电压，向黑、白元件供电，对其进行加热并保持在大约400℃，则甲烷在黑元件上发生催化燃烧反应，放出热量使黑元件的温度升高，则黑元件的阻值将比白元件的阻值高，黑、白元件的阻值差与甲烷浓度呈正比。

本实用新型上电后，先进入热传导工作状态，之后在热传导工作状态与催化燃烧工作状态之间转换。当该装置处于热传导工作状态时，单片机把检测元件的工作温度控制在约200℃，通过热传导原理测量甲烷浓度，当浓度小于3.5％时，则转入催化燃烧工作状态。在催化燃烧工作状态，单片机3控制检测黑元件的工作点温度约为400℃，通过催化燃烧原理测量甲烷浓度，当浓度大于4％时，则再次转入热传导工作状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.单一载体催化元件实现全量程甲烷浓度测量的检测装置，其特征在于，检测装置包括：甲烷催化元件(1)、信号处理电路(2)、单片机(3)、电子开关(4)、红外接收模块(8)、电源模块(9)、声光报警模块(5)、频率输出(6)、LED显示模块(7)、温度传感器(10)，甲烷催化元件(1)通过信号处理电路(2)与单片机(3)连接，单片机(3)同时与电子开关(4)、红外接收模块(8)、电源模块(9)、声光报警模块(5)、频率输出(6)、LED显示模块(7)、温度传感器(10)连接，所述甲烷催化元件(1)为全量程传感器MP-7217-TC。