CN207798762U - 基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，包括主体部分和插接在所述的主体部分上的传感器部分，所述的传感器部分包括催化燃烧式气体传感器气敏元件和传感器控制模块，两者相互连接，且所述的传感器部分通过传感器控制模块实现其与所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件的连接，所述的装置为隔爆加本安的防爆结构，所述的传感器部分可在所述的主体部分上进行热插拔操作，传感器部分中包括微控制单元以及存储单元和补偿单元，可实现一人标定，无需依赖多人进行标定，十分简单方便，且设置多档报警机制，通过多个报警继电器实现不同分级报警下的报警处理，应用范围十分广泛。

Description

基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及气体传感器领域，具体是指一种基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置。

背景技术

催化燃烧式传感器属于高温气体传感器，是利用催化燃烧产生的热效应原理。它的内部结构是检测元件和补偿元件配对组成测量电桥，当达到一定温度，可燃气体在检测元件载体表面和催化剂的共同作用下发生无焰燃烧，载体温度就相应升高，从而通过它内部的铂电阻阻值也会发生相应改变，平衡电桥就失去了平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。

所以，只要能测量铂电阻阻值大小，就可以知道待测气体的浓度。它主要用来做气体报警基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置使用，它的优缺点体现如下：

优点：催化燃烧式传感器结构很简单、生产制造成本很低；催化燃烧式气体传感器气敏元件可检测大部分可燃性气体，对于不能燃烧的气体，传感器都没有任何响应；在空气中可对可燃气体在爆炸下限浓度以下的含量报警；输出信号接近线性，尤其是气体浓度达到百分之六十以下时，线性度更好；传感器输出基本不受水蒸气的影响，对环境的温湿度影响不敏感；

缺点：工作温度高，检测元件的表面温度一般在200到300℃，内部温度最高可达到700到800℃，因此催化燃烧式传感器难以做成本安防爆型结构；元件易受硫化物、卤素化合物等的影响，降低使用寿命；在缺氧环境下用可燃气体报警器检测时指示值误差较大；不同可燃气体的燃烧值不同，传感器测量的是燃烧引起的电阻变化而不是浓度的变化，因此不同可燃气体即使在相同的浓度下读数也可能不同；使用催化燃烧式气体传感器气敏元件测量可燃气体浓度时，氧气浓度是一个必须注意的问题。催化燃烧式传感器要求至少在8-10％的氧气浓度下才能进行准确测量。而在100％可燃气浓度下，这种仪器的读数将是0％，因此在使用过程中，要求测量可燃气体的浓度之前必须首先测量氧气浓度。

另外，催化燃烧式气体传感器气敏元件，不适合于检测“较重的”或者长链的烷烃，特别是高闪点的物质，此时比较好的方法是使用光离子化检测器。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能实现一人标定、实现多档报警提醒、防止对人体的二次伤害的隔爆加本安型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置。

为了实现上述目的，本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置具有如下构成：

该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其主要特点是，包括主体部分和插接在所述的主体部分上的传感器部分，所述的传感器部分可实现一人标定，包括互相连接的催化燃烧式气体传感器气敏元件和传感器控制模块，且传感器控制模块与所述的主体部分相连接，该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置具有隔爆加本安的防爆结构。

较佳地，所述的主体部分包括单片机模块、转换模块、电源模块和报警模块，所述的单片机模块连接所述的传感器控制模块，所述的转换模块分别连接所述的单片机模块和报警模块，所述的电源模块给所述的单片机模块、转换模块和报警模块供电，所述的电源模块也与所述的传感器部分相连接，给所述的传感器部分供电。

更佳地，所述的转换模块包括D/A转换芯片和与所述的D/A转换芯片相连接的三线制转换芯片，所述的转换模块通过所述的三线制转换芯片连接至所述的报警模块，所述的转换模块通过所述的D/A转换芯片连接至所述的单片机模块。

更佳地，所述的主体部分还包括与单片机模块相连接的LED显示屏，且所述的单片机模块与LED显示屏之间设置有LED驱动电路。

更佳地，所述的报警模块为可实现多段报警的报警模块，通过对输入该报警模块的电流进行分段获取对应的分段结果，且所述的报警模块包括报警装置。

更佳地，所述的报警模块中设置继电器，其数目与分段结果的数目相匹配。

更佳地，所述的分段结果包括两种，所述的报警模块中对应设置有两个继电器。

更佳地，所述的电源模块包括滤波单元和DC/DC转换单元，所述的外接电源经滤波单元连接至所述的DC/DC转换单元，并通过所述的DC/DC转换单元给所述的主体部分和传感器部分供电。

更佳地，该电源模块还包括一安全栅电路，该安全栅电路包括保险丝和由两个齐纳二极管组成的并联支路，且所述的保险丝所在支路也与两个齐纳二极管构成的并联支路互相并联，三者组成的并联电路设置于DC/DC转换单元的输出端与地之间，且两个齐纳二极管均为负极接DC/DC转换单元的输出端，正极接地，齐纳二极管的额定功率和齐纳电压均符合预设条件，所述的额定功率和齐纳电压预设条件与实现该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的本安要求相适应。

更佳地，该电源模块还包括一本安电路，与所述的安全栅电路相连接，该本安电路包括电源转换电路与通讯电路，其中所述的电源转换电路连接所述的安全栅电路的输出端，所述的通讯电路为光耦隔离电路，连接于主体部分和传感器部分之间，且所述的通讯电路中的光耦的相关参数与该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的本安要求的绝缘强度相匹配。

较佳地，所述的传感器控制模块中包括微控制单元以及存储单元和补偿单元，所述的微控制单元分别与所述的存储单元和补偿单元相连接，以实现对该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的传感器部分的一人标定，且所述的补偿单元包括零点漂移补偿单元、环境温度补偿单元，所述的存储单元为可擦写存储单元。

采用该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，由于其适用于可燃气体的探测，采用隔爆加本安的防爆结构，支持传感器部分的热插拔，气体传感器部分还设置有微控制单元以及存储单元和补偿单元，可实现一人标定，无需依赖多人进行标定，十分简单方便，且由于转换模块使被测气体浓度和输出的电流大小成比例，因此可就转换模块输出的电流大小设置多档报警机制，通过多个报警继电器实现不同分级报警下的报警处理，应用范围十分广泛。

附图说明

图1为本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的正面示意图。

图2为本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的侧面剖视图。

图3为本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的电源转换原理示意图。

图4为本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的安全栅电路。

图5为本实用新型的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的转换模块的连接示意图。

附图标记

1基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置

2催化燃烧式气体传感器气敏元件

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

请参阅图1和图2，该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1，包括主体部分和插接在所述的主体部分上的传感器部分，所述的传感器部分可实现一人标定，包括互相连接的催化燃烧式气体传感器气敏元件2和传感器控制模块，且传感器控制模块与所述的主体部分相连接，所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件2用于检测可燃气体，所述的传感器控制模块用于控制所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件2的工作状态，以及用于与所述的主体部分进行通信，该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1具有隔爆加本安的防爆结构，支持传感器部分在所述的主体部分上的热插拔操作。

请参阅图5，在一种较佳的实施方式中，所述的主体部分包括单片机模块、转换模块、电源模块和报警模块，其中所述的单片机模块连接所述的传感器控制模块，所述的转换模块分别连接所述的单片机模块和报警模块，所述的电源模块给所述的单片机模块和转换模块供电，所述的电源模块也与所述的传感器部分相连接，给所述的传感器部分供电。

在一种更佳的实施方式中，所述的转换模块包括D/A转换芯片和与所述的D/A转换芯片相连接的三线制转换芯片，所述的转换模块通过所述的三线制转换芯片连接至所述的报警模块，所述的转换模块通过所述的D/A转换芯片连接至所述的单片机模块。

在一种更佳的实施方式中，所述的主体部分还包括与单片机模块相连接的LED显示屏，且所述的单片机模块与LED显示屏之间设置有LED驱动电路。

在一种更佳的实施方式中，所述的报警模块为可实现多段报警的报警模块，通过对输入该报警模块的电流进行分段获取对应的分段结果，并根据分段结果控制报警装置进行相应报警。

在一种更佳的实施方式中，所述的报警模块中设置继电器，其数目与分段结果的数目相匹配，且所述的继电器用于实现各分段结果所对应的报警。

在一种更佳的实施方式中，所述的分段结果包括两种，所述的报警模块中对应设置有两个继电器。

请参阅图3，在一种更佳的实施方式中，所述的电源模块包括滤波单元和DC/DC转换单元，用于连接外接电源，给所述的主体部分和传感器部分供电，且外接电源经滤波单元连接至所述的DC/DC转换单元，通过所述的DC/DC转换单元给所述的主体部分和传感器部分供电。

请参阅图4，在一种更佳的实施方式中，该电源模块还包括一安全栅电路，该安全栅电路包括保险丝和由两个齐纳二极管组成的并联支路，且所述的保险丝所在支路也与两个齐纳二极管构成的并联支路互相并联，三者组成的并联电路设置于DC/DC转换单元的输出端与地之间，且两个齐纳二极管均为负极接DC/DC转换单元的输出端，正极接地，齐纳二极管的额定功率和齐纳电压均符合预设条件，所述的额定功率和齐纳电压预设条件与实现该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1的本安要求相适应。

在一种更佳的实施方式中，该电源模块还包括一本安电路，与所述的安全栅电路相连接，该本安电路包括电源转换电路与通讯电路，其中所述的电源转换电路用于将所述的安全栅电路输出的电压转换至适配于传感器部分工作的电压，所述的通讯电路为光耦隔离电路，设置于主体部分与传感器部分之间，用于给所述的主体部分与所述的传感器部分之间的连接提供光耦隔离，且所述的通讯电路中的光耦的相关参数与该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1的本安要求的绝缘强度相匹配。

在一种较佳的实施方式中，所述的传感器控制模块中包括微控制单元以及存储单元和补偿单元，所述的微控制单元分别与所述的存储单元和补偿单元相连接，以实现对该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1的传感器部分的一人标定，且所述的补偿单元包括零点漂移补偿单元、环境温度补偿单元，所述的存储单元为可擦写存储单元。

在一种具体实施例中，所述的防爆结构体现在该点型可燃气体探测装置的壳体上，所述的主体部分设置于具有防爆结构的壳体内部，且所述的壳体内部设置有防爆烧结网，所述的壳体为防爆壳体，所述的传感器部分和报警模块也互相连接，且设置于壳体内部，实现隔爆操作。

在一种具体的实施例中，该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1由所述的传感器控制模块控制所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件2的工作与否，以及控制所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件2的数据处理、存储等，并通过设置传感器控制模块中的各项参数实现对催化燃烧式气体传感器气敏元件2的控制。由于具有存储单元、微控制单元和补偿单元，可对现场检测结果进行标定补偿，易于实现一人标定。

由于具有隔爆加本安的结构，本实用新型中的装置支持所述的催化燃烧式气体传感器气敏元件2部分的热插拔，不会由于热插拔而出现危险。

在一种具体实施例中，所述的单片机模块包括一8位单片机，可采用ATMEL公司产品的8位单片机，64引脚TQFP64封装，芯片具有16K ROM，1K RAM，512B的EEPROM，可直接驱动笔端型液晶显示(100段)，工作时钟频率为4MHZ，工作电压为5V。在一种具体实施例中，该单片机模块通过该单片机实现与催化燃烧式气体传感器气敏元件2的通讯工作、LCD液晶屏幕的驱动和显示、红外遥控的通讯接口、报警模块的控制、背光控制和D/A转换芯片的接口，单片机的在线编程和仿真采用ISP接口方式。

在一种具体实施例中，24V电源滤波后经DC/DC转换芯片实现DC/DC转换功能，主体部分的工作电压为8V，传感器部分的工作电压为2.5V/5V。

在一种具体实施例中，当基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1按安装要求正确安装后，开机(接通电源)时，探测器完成开机LCD和光自检过程，即指示灯依次被点亮为红、黄、绿色，LCD全部点亮1秒后，如果当基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1检测到催化燃烧式气体传感器气敏元件2是处于预热状态，则LCD显示“C180”倒计时，同时指示灯被点亮为绿色并长亮，表明基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1处于开机预热状态，到“C000”倒计时结束后进入正式工作状态(预热时间为催化燃烧式气体传感器气敏元件2的时间)，在预热过程中，基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1输出4mA，连续按3次以上“退出”键可退出预热状态。

基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1的背光在上电和红外遥控操作以及报警和故障情况下是常亮的，其余情况不亮，在红外遥控按键操作下，要等10分钟后熄灭。

基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1预热结束后，指示灯由绿色长亮转为每5秒闪亮一次，表明基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1由预热状态进入正常监测状态，LCD显示气体浓度值和单位。若量程小于100(如氧气O2，氯气CL2)，则显示1位小数点，若大于等于100，则不显示小数点。同时探测器输出和气体浓度成比例的4～20mA电流信号。

所述的D/A转换芯片的输出引脚连接至所述的三线制转换芯片的输入引脚，且所述的转换模块通过所述的D/A转换芯片连接至所述的单片机模块。所述的转换模块输出的4～20mA电流信号作为报警模块的输入信号，由于所述的4～20mA电流信号与气体浓度成比例，因此可作为气体浓度分级单元对电流代表的气体浓度进行分级的依据，针对不同气体浓度输出的不同大小的电流信号，驱动不同的报警继电器实现不同等级的报警处理。

在具体实施例中，报警模块设置有两段报警A1及A2，当被监测环境中气体浓度达到或超过探测装置设定的A1的报警阀值但不超过探测装置设定的A2报警阀值时，探测装置进入A1报警状态，LCD显示当前所测气体浓度值，探测装置的指示灯发出连续的占空比为1(250ms)：3(750ms)的红色光报警信号，第一继电器动作，同时探测装置输出和气体浓度成比例的4～20mA电流信号。

对氧气传感器，低于A1报警点(默认为19％V/V)则报低段报警(欠氧报警)，电流输出低于17.6mA(在空气中即氧气含量在20.9％V/V时，探测器输出电流为17.6mA)。

当探测装置检测到被监测环境中气体浓度达到或超过探测装置设定的A2报警阀值但不超过超量程报警时，探测装置进入A2报警状态，LCD显示当前所测气体浓度值，探测器的指示灯发出连续的占空比为1(500ms)：1(500ms)的红色光报警信号，第一继电器动作，若第二继电器是设置成和A2报警相关联，则第二继电器也动作，同时探测装置输出和气体浓度成比例的4～20mA电流信号。

对氧气传感器，高于A2报警点(默认为22％V/V)则报高段报警(过氧报警)，电流输出高于17.6mA(在空气中即氧气含量在20.9％V/V时，探测装置输出电流为17.6mA)。

当探测装置检测到目标气体浓度超过测量量程时，探测装置报超量程报警，LCD闪烁显示“FULL”，探测器的指示灯发出连续的占空比为3(750ms)：1(250ms)的红色光报警信号，第一继电器动作，若第二继电器是设置成和A2报警相关联，则第二继电器也动作，同时探测装置输出22mA电流信号。

当被监测环境中气体浓度降至报警阀值设定值以下时，探测装置能自动恢复为正常检测状态，继电器也恢复。

拔掉传感器或当传感器出现故障或接触不良时，探测装置指示灯发出连续的占空比为1(250ms)：3(750ms)的黄色光报警信号，LCD显示“F*”，(用F1、F2……表示不同故障，其中F1表示无传感器，F2表示有传感器，但传感器工作不正常(即能通讯，但通讯无法识别)，F3表示气体传感器有故障(目前只针对催化和半导体传感器，电化学目前无法识别))；若第二继电器是设置成和F报警相关联，则第二继电器也动作，同时探测器输出0mA电流信号。探测器故障状态可自行恢复。

在一种具体实施例中，所述的存储单元为一与所述的微控制单元相连接的电可擦可编程只读存储器，在该电可擦可编程只读存储器中存储有预先设置的探测气体的类型、量程以及报警阈值等，且由于其是电可擦可编程只读存储器，因此在理论上是可以由用户自行更改的，支持对检测的气体类型和报警阈值以及量程的更改。所述的微控制单元和所述的补偿单元都基于微控制器MCU，所述的补偿单元是微控制器MCU中预先设置的补偿算法，如线性温度补偿算法，用以实现一人标定。

在一种具体的实施例中，当该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1安装完成并接通电源时，主体部分可自动读取存储在所述的气体传感器部分的传感器控制模块的存储单元中的气体类型和量程，根据检测到的被测气体浓度输出电流信号，气体浓度与电流信号的大小的转换通过转换模块来实现，所述的转换模块包括D/A转换芯片和与所述的D/A转换芯片相连接的三线制转换芯片，所述的转换模块通过所述的三线制转换芯片连接至所述的报警模块，所述的D/A转换芯片将单片机模块接收到的催化燃烧式气体传感器气敏元件2部分检测到的被测气体浓度转换成模拟信号，由所述的三线制转换芯片根据该模拟信号将被测气体浓度转换为与被测气体浓度成比例的4～20mA的电流信号，使所述的多档报警模块不同档位的电流实现报警分级处理。

所述的单片机模块设置于所述的PCB组件上，所述的电源模块、转换模块也设置于该PCB组件上。所述的壳体将整个催化燃烧式气体传感器气敏元件2模块、主体部分以及报警主体模块包括在其内部，壳体中还设置防爆烧结网，用以实现防爆隔爆加本安。

采用该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置1，由于其适用于可燃气体的探测，因此本实用新型中对该探测装置的外壳采用隔爆加本安的防爆结构，还可支持该传感器部分的热插拔，气体传感器部分还设置有微控制单元以及存储单元和补偿单元，可实现一人标定，无需依赖多人进行标定，十分简单方便，且由于转换模块使被测气体浓度和输出的电流大小成比例，因此可就转换模块输出的电流大小设置多档报警机制，通过多个报警继电器实现不同分级报警下的报警处理，应用范围十分广泛。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，包括主体部分和插接在所述的主体部分上的传感器部分，所述的传感器部分可实现一人标定，包括互相连接的催化燃烧式气体传感器气敏元件和传感器控制模块，且传感器控制模块与所述的主体部分相连接，该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置具有隔爆加本安的防爆结构；

所述的主体部分包括单片机模块、转换模块、电源模块和报警模块，所述的单片机模块连接所述的传感器控制模块，所述的转换模块分别连接所述的单片机模块和报警模块，所述的电源模块给所述的单片机模块、转换模块和报警模块供电，所述的电源模块也与所述的传感器部分相连接，给所述的传感器部分供电。

2.根据权利要求1所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的转换模块包括D/A转换芯片和与所述的D/A转换芯片相连接的三线制转换芯片，所述的转换模块通过所述的三线制转换芯片连接至所述的报警模块，所述的转换模块通过所述的D/A转换芯片连接至所述的单片机模块。

3.根据权利要求1所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的主体部分还包括与单片机模块相连接的LED显示屏，且所述的单片机模块与LED显示屏之间设置有LED驱动电路。

4.根据权利要求1所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的报警模块为可实现多段报警的报警模块，通过对输入该报警模块的电流进行分段获取对应的分段结果，且所述的报警模块包括报警装置。

5.根据权利要求4所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的报警模块中设置继电器，其数目与分段结果的数目相匹配。

6.根据权利要求5所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的分段结果包括两种，所述的报警模块中对应设置有两个继电器。

7.根据权利要求1所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的电源模块包括滤波单元和DC/DC转换单元，外接电源经滤波单元连接至所述的DC/DC转换单元，并通过所述的DC/DC转换单元给所述的主体部分和传感器部分供电。

8.根据权利要求7所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，该电源模块还包括一安全栅电路，该安全栅电路包括保险丝和由两个齐纳二极管组成的并联支路，且所述的保险丝所在支路也与两个齐纳二极管构成的并联支路互相并联，三者组成的并联电路设置于DC/DC转换单元的输出端与地之间，且两个齐纳二极管均为负极接DC/DC转换单元的输出端，正极接地，齐纳二极管的额定功率和齐纳电压均符合预设条件，所述的额定功率和齐纳电压预设条件与实现该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的本安要求相适应。

9.根据权利要求8所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，该电源模块还包括一本安电路，与所述的安全栅电路相连接，该本安电路包括电源转换电路与通讯电路，其中所述的电源转换电路连接所述的安全栅电路的输出端，所述的通讯电路为光耦隔离电路，连接于主体部分和传感器部分之间，且所述的通讯电路中的光耦的相关参数与该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的本安要求的绝缘强度相匹配。

10.根据权利要求1所述的基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置，其特征在于，所述的传感器控制模块中包括微控制单元以及存储单元和补偿单元，所述的微控制单元分别与所述的存储单元和补偿单元相连接，以实现对该基于催化燃烧式气体传感器的点型可燃气体探测装置的传感器部分的一人标定，且所述的补偿单元包括零点漂移补偿单元、环境温度补偿单元，所述的存储单元为可擦写存储单元。