CN213875511U - 一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，包括基准源REF、采样电路、运算放大器、差分放大电路、微处理器以及无线模块，采样电路包括第一支路和第二支路，第一支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的电阻R3、电阻R2和电阻R1，第二支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的铂电阻RB和铂电阻RA，第一支路和第二支路并联构成惠斯通电桥的四个桥臂，铂电阻RA与铂电阻RB之间设为A点电位，电阻R1和电阻R2之间设为B点电位；A点电位和B点电位分别连接至运算放大器的正输入端和负输入端，运算放大器的输出端连接至差分放大电路，差分放大电路连接至微处理器；具有监测精度、无线实时监测的优点。

Description

一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路

技术领域

本实用新型属于氢气检测技术领域，具体涉及一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路。

背景技术

氢气是一种可再生绿色能源，并且无污染、能量密度大和应用面广等越来越受到人们的青睐，并在化工、航天、军工等行业得到广泛的应用。但氢气属于易燃易爆气体，在使用过程中需要严格控制防止其泄露，所以研究高性能的氢气传感器及其检测装置是十分重要的。

目前，市场应用的氢气传感器还存在诸多技术问题，如半导体型氢气传感器需要在高温条件下加热、功耗大，且只能定性检测，无法实现浓度的精确测量；催化燃烧型氢气传感器也是一种高温工作的热式元件，其缺点是易中毒，功耗大，稳定性不好；电化学型氢气传感器不需加热工作，但工作温度范围较窄，电解液易干涸，寿命短；光学型氢气传感器是氢敏材料涂到光学器件上，这种传感器经多次循环后易出现脱层、起泡现象，因而使用寿命较短。

为了解决现有的氢气检测问题，提出一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，以解决现有的氢气传感器存在的诸多技术问题，造成氢气检测上的问题。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，包括基准源REF、采样电路、运算放大器、差分放大电路、微处理器以及无线模块，所述采样电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的电阻R3、电阻R2和电阻R1，所述第二支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的铂电阻RB和铂电阻RA，所述第一支路和第二支路并联构成惠斯通电桥的四个桥臂，所述铂电阻RA与铂电阻RB 之间设为A点电位，所述电阻R1和电阻R2之间设为B点电位，所述铂电阻RA上设置有催化剂层；所述A点电位和B点电位分别连接至运算放大器的正输入端和负输入端，所述运算放大器的输出端连接至差分放大电路，所述差分放大电路连接至微处理器的采集口，所述微处理器通过无线模块外接至监测终端。

优选的，所述监测终端为手机或电脑。

优选的，所述电阻R3的阻值远小于电阻R1和电阻R2的阻值，所述电阻R3用于使运算放大器的正输入端电压略高于负输入端电压。

优选的，所述差分放大电路包括电阻R4和电阻R5，所述运算放大器的输出端通过电阻R4和电阻R5接地，所述运算放大器的反馈端连接至电阻R4和电阻R5之间。

优选的，所述差分放大电路与微处理器之间还连接有电阻R6与C2，所述电阻R6 与电容C2用于RC低通滤波。

优选的，所述基准源REF为TL431；电阻R1、R2和R3采用低温漂精密电阻；所述无线模块为zigbee或NB-loT；所述微处理器为MCU。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，通过氢气的催化燃烧改变环境温度，通过惠斯通电桥提高了测温的精度，从而提高氢气浓度测量的精度；基准源电路，隔绝了外部电源噪声对测量结果的影响；差分信号放大电路，采用高输入阻抗和低输出阻抗的放大器，实现电压精确放大，抗干扰能力强。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，包括基准源REF、采样电路、运算放大器、差分放大电路、微处理器以及无线模块。

采样电路包括第一支路和第二支路，第一支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的电阻R3、电阻R2和电阻R1，第二支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的铂电阻RB和铂电阻RA，第一支路和第二支路并联构成惠斯通电桥的四个桥臂，铂电阻RA与铂电阻RB之间设为A点电位，电阻R1和电阻R2之间设为B点电位，铂电阻RA上设置有催化剂层，催化剂层的材质为铂系金属及其合金、氧化锡、氧化镍、氧化铈、氧化钨、氧化钛其中的一种或几种；电阻R3的阻值远小于电阻R1和电阻R2 的阻值，电阻R1和电阻R2用于调整惠斯通电桥的电流大小，所述电阻R3用于使运算放大器的正输入端电压略高于负输入端电压。

A点电位和B点电位分别连接至运算放大器的正输入端和负输入端，运算放大器的输出端连接至差分放大电路，差分放大电路连接至微处理器的采集口，差分放大电路包括电阻R4和电阻R5，运算放大器的输出端通过电阻R4和电阻R5接地，运算放大器的反馈端连接至电阻R4和电阻R5之间，电阻R4和电阻R5用于设置差分放大电路的放大倍数。

差分放大电路与微处理器之间还连接有电阻R6与电容C2，电阻R6与电容C2用于RC低通滤波，微处理器通过无线模块外接至监测终端，监测终端为手机或电脑。

具体的选型，基准源REF为TL431；电阻R1、R2和R3采用低温漂精密电阻；无线模块为zigbee或NB-loT；微处理器为MCU。

本具体实施方式的工作原理为：

铂电阻RA和铂电阻RB均跟随环境温度变化而变化，铂电阻RB用于检测环境室温，用于消除室温对检测的影响；在氢气环境中，铂电阻RA上设置催化剂层，在铂电阻RA加热作用下使得氢气发生催化燃烧，催化燃烧进一步提升环境温度，环境温度被铂电阻RA采集，铂电阻RA的阻值变化造成惠斯通电桥输出电压变化，并将变化的电压输入给运算放大器以及差分放大电路，将变化的电压滤波放大后送给微处理器采集，微处理器由电压计算出温度，并通过温度信号计算出氢气浓度，并通过无线模块发送至监测终端，实现无线实时监测。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，包括基准源REF、采样电路、运算放大器、差分放大电路、微处理器以及无线模块，所述采样电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的电阻R3、电阻R2和电阻R1，所述第二支路包括依次连接于基准源REF与接地端之间的铂电阻RB和铂电阻RA，所述第一支路和第二支路并联构成惠斯通电桥的四个桥臂，所述铂电阻RA与铂电阻RB之间设为A点电位，所述电阻R1和电阻R2之间设为B点电位，所述铂电阻RA上设置有催化剂层；所述A点电位和B点电位分别连接至运算放大器的正输入端和负输入端，所述运算放大器的输出端连接至差分放大电路，所述差分放大电路连接至微处理器的采集口，所述微处理器通过无线模块外接至监测终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，所述监测终端为手机或电脑。

3.根据权利要求1所述的一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，所述电阻R3的阻值远小于电阻R1和电阻R2的阻值，所述电阻R3用于使运算放大器的正输入端电压略高于负输入端电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括电阻R4和电阻R5，所述运算放大器的输出端通过电阻R4和电阻R5接地，所述运算放大器的反馈端连接至电阻R4和电阻R5之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，所述差分放大电路与微处理器之间还连接有电阻R6与C2，所述电阻R6与电容C2用于RC低通滤波。

6.根据权利要求1所述的一种基于惠斯通电桥的氢气浓度监测电路，其特征在于，所述基准源REF为TL431；电阻R1、R2和R3采用低温漂精密电阻；所述无线模块为zigbee或NB-loT；所述微处理器为MCU。

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