CN208013138U - 环境气体精密快速检测传感器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种环境气体精密快速检测传感器装置，为了提高气体检测装置的精确性、集成度而设计。本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置，四种气体传感器串列式布置于同一气室的气路上，环境空气逐一流过四种传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，产生与浓度相关的电信号，通过精密的放大、滤波、采样电路，以及板载的微控制器计算单元，结合标定、校准、补偿等算法，将传感器产生的微弱电流信号直接转换为与有害气体浓度值对应的数字信号。本实用新型，实现了同时对四种有害气体浓度进行检测，简化了用户在产品集成中二次开发的难度，提高了生产效率。

Description

环境气体精密快速检测传感器装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种环境气体精密快速检测传感器装置。

背景技术

日前，市场中的空气质量气体监测模块通常采用电化学传感器为敏感元件，功能上还是以初步的传感器信号变换为主，即将传感器产生的电流信号转化为电压信号，硬件信号处理电路相对简单，不具有抗干扰，以及有温度补偿的功能，也没有对信号进行进一步的标定、校准等软件算法处理。因而用户在产品集成时，无法直接得到环境空气中有害气体的浓度数据，必须进行二次开发才能实现，这大大增加了产品研发的周期和成本，延长了产品投放市场的时间。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种小型化、实用化、成本低、精确度高的环境气体精密快速检测传感器装置。

本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置，包括：气室，所述气室内串列式设有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧四种传感器，气体依次流过各气体传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，从而产生了与浓度相关的电流信号；所述电流信号通过电线传输至信号处理电路板。

进一步地，所述的四种传感器的透气憎水膜与气室间隙不大于3mm，在气室底部设有四个缓冲气体压力波动的载气槽，所述载气槽分别对应四种传感器，各槽与通气孔相连，其中所述载气槽为直径23mm，高度不大于3mm的圆柱形微小空间。

进一步地，所述信号处理电路板为双层结构，包括对传感器信号进行变换、放大和滤波以及构建传感器稳定工作的电动势的底层电路板以及将底层电路板的传感器电压信号进行数字化处理，通过微处理器的标定校准功能，实现对被测气体浓度值的读取，并通过板载的RS485通讯接口实现数据的上传的顶层电路板，所述信号处理电路板通过螺钉固定在气室上方，传感器引脚通过电路板上焊接的管座插入，实现传感器到信号到信号处理电路板的连接。

借由上述方案，本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置至少具有以下优点：

1、本实用新型直接输出的有害气体浓度的数值，上电即可工作，无需二次开发；

2、本实用新型串列式传感器组合，能够同时检测四种有害气体的浓度；

3、本实用新型结构紧凑，体积小，集成度高。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置示意图；

图2本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置电路图；

图3本实用新型环境气体精密快速检测传感器装置示意图；

图4图3的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至4所示，本实用新型一最佳实施例所述的环境气体精密快速检测传感器装置，包括：气室1、信号处理电路板，设置在所述气室内的气体传感器，传感器密封于串列式气室内部，各传感器共用同一条气路，气体依次流过各传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，从而产生了与浓度相关的微弱电流信号；信号处理电路板为双层结构，通过螺钉固定在气室上方，传感器引脚通过电路板上事先焊接的管座插入，实现传感器到信号到信号处理电路板的连接。信号处理电路板通过把传感器信号进行放大、滤波、采样，并通过微控制器进行标定、校准、浓度计算、补偿修正等算法，最终将传感器产生的微弱电流信号直接转换为与有害气体浓度值对应的数字信号，并通过板载的标准的RS485通讯接口上传数据。

气室，所述气室内串列式设有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧四种传感器11，气体依次流过各气体传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，从而产生了与浓度相关的电流信号；所述电流信号通过电线传输至信号处理电路板。

本实用新型气室采用了聚四氟乙烯材料进行加工，相对PP、PE等其他材料而言，能克服气室材料对被检测气体的吸附作用，提高传感器装置整体的灵敏度和测量精度；四种传感器单列串行式分布，传感器透气憎水膜与气室间隙不大于3mm，同时在气室底部形成一个直径23mm，高度不大于3mm的槽13，该槽起到了缓冲气体压力波动，能够使传感器与被测气体充分接触，提高检测气体的灵敏度；气路12采用直通式，且截面不大于3mm,直通式具有结构简洁，通气阻力小，对抽气泵影响小，气流稳定，波动小有利于装置的稳定运行的特点。

所述载气槽分别对应四种传感器，各槽与通气孔相连，其中所述载气槽为直径23mm，高度不大于3mm的圆柱形微小空间，气体进入这个空间后，能够获得与传感器表面透气膜的充分接触，快速激发传感器电极产生与气体浓度大小相对应的电信号。

所述信号处理电路板为双层结构，包括对传感器信号进行变换、放大和滤波以及构建传感器稳定工作的电动势的底层电路板2、因为当传感器检测到被测气体时，通常在电极上产生的电信号是非常微弱的，一般只有几十个nA，所以必须对这样的微小信号进行放大，同时滤除干扰测信号，变成微处理器可以识别大小电压信号；顶层电路板3的主要作用是将底层电路板的传感器电压信号进行数字化处理，通过微处理器的标定校准功能，实现对被测气体浓度值的读取，并通过板载的RS485通讯接口实现数据的上传，所述信号处理电路板通过螺钉固定在气室上方，传感器引脚通过电路板上焊接的管座插入，实现传感器到信号到信号处理电路板的连接。所述信号处理电路板通过板载的精密运放芯片、5ppm精密电阻、电容器件等元器件，设计了一套低漂移、多级级联、增益可调节的集成运算放大电路、防静电和100MHz高频信号的滤波电路、12位ADC快速高精度低温漂采样电路，使得传感器的检测精度从ppm级提高到了ppb级,整体分辨率提高了1000倍，通过GAL、微处理器等数字芯片实现数字信号转换、浓度数值计算等任务，所述信号处理电路板将处理后的数据输出至微控制器进行标定、校准、浓度计算、补偿修正等算法，将传感器产生的微弱电流信号直接转换为与有害气体浓度值对应的数字信号，并通过板载的标准的RS485通讯接口上传数据。

本实施例中，空气质量气体监测模块主要有环境空气有害气体浓度实时监测和检测数据实时上传的两大功能；主要是实现对城市、化工园区等环境和场所的有害气体的检测，以确保对环境空气质量变化的实时掌握，保障人员生产、生活环境的良好，减少有害气体对环境空气的污染；模块采用一体化理念，模块设计为四种气体传感器串列式布置于同一气室的气路上，环境空气逐一流过四种传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，产生与浓度相关的电信号，通过精密的放大、滤波、采样电路，以及板载的微控制器计算单元，结合标定、校准、补偿等算法，最终将传感器产生的微弱电流信号直接转换为与有害气体浓度值对应的数字信号，并通过板载的标准RS485通讯接口，将检测到的浓度值实时上传，实现了同时对四种有害气体浓度进行检测，简化了用户在产品集成中二次开发的难度，提高了生产效率。

GAL芯片为可编程逻辑器件，通过它实现微处理器对外围扩展功能，如通讯、时钟、存储器的逻辑控制；电容为电源滤波，滤除电路上耦合的尖峰、杂波等，保证整体电路运行的稳定；接线端子用于电源输入、数字信号输出、电源开关等功能的外部连接。

本实用新型通过在底层电路板，使用精密运放芯片，构建了一个传感器的参考电极和负电极之间稳定工作的电动势的电路，实现了传感器在环境温度发生波动时，依然能够稳定输出信号，同时将传感器的对电极的电流信号转换为电压信号，实现了信号的可数字化处理；在信号的放大部分，同时使用了精密运放芯片和高精度电阻、电容，搭建了一个具有漂移量小、线性放大区较宽，同时具有抑制干扰、滤波作用的信号放大电路，实现了对电极上产生的电信号是非常微弱信号(几十nA)的放大。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种环境气体精密快速检测传感器装置，其特征在于，包括：气室，所述气室内串列式设有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧四种传感器，气体依次流过各气体传感器表面的透气憎水膜，在传感器内部的电极上发生氧化还原反应，从而产生了与浓度相关的电流信号；所述电流信号通过电线传输至信号处理电路板。

2.根据权利要求1所述的环境气体精密快速检测传感器装置，其特征在于，所述的四种传感器的透气憎水膜与气室间隙不大于3mm，在气室底部设有四个缓冲气体压力波动的载气槽，所述载气槽分别对应四种传感器，各槽与通气孔相连，其中所述载气槽为直径23mm，高度不大于3mm的圆柱形微小空间。

3.根据权利要求1所述的环境气体精密快速检测传感器装置，其特征在于，所述信号处理电路板为双层结构，包括对传感器信号进行变换、放大和滤波以及构建传感器稳定工作的电动势的底层电路板以及将底层电路板的传感器电压信号进行数字化处理，通过微处理器的标定校准功能，实现对被测气体浓度值的读取，并通过板载的RS485通讯接口实现数据的上传的顶层电路板，所述信号处理电路板通过螺钉固定在气室上方，传感器引脚通过电路板上焊接的管座插入，实现传感器到信号到信号处理电路板的连接。