CN2401895Y

CN2401895Y - 掌中型乙醇气体测试仪

Info

Publication number: CN2401895Y
Application number: CN 99251411
Authority: CN
Inventors: 王湘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2000-10-18
Anticipated expiration: 2009-10-15

Abstract

一种掌中型乙醇气体测试仪,以LED作为显示器、采用以铂为主体、钯、铑氧化物为催化物的传感器,将补偿元件与传感元件封装于一体,采用了相同参数与环境的平衡补偿运放、防“抖动”的闸门及信号捕获保持电路、各自独立的“阶梯”显示电路、低成本的蜂鸣告警电路、独立而又有联系的满足不同需求的双稳压电路以及简化操作的开机与自动关机电路,因此具有体积小巧、重量轻、灵敏度高、性能稳定、操作简单、显示直观、耗电省及寿命长的优点。

Description

掌中型乙醇气体测试仪

本实用新型涉及检测技术，具体涉及乙醇气体测试技术，更具体地说，涉及一种掌中型乙醇气体测试仪。

现有的乙醇气体检测技术，存在诸如设备庞大复杂、不便于携带和使用等缺点。

本实用新型的目的在于提供掌中型乙醇气体测试仪，这种乙醇气体测试仪可以克服现有技术的缺点，具有体积小、重量轻、灵敏度高、性能稳定、显示简洁明快，省电，传感器寿命长等优点。

本实用新型的目的是这样实现的，构造一种掌中型乙醇气体测试仪，采用以贵金属铂Pt为主体、稀土金属钯、铑的氧化物作催化物构成的传感器担当测试元件，同时将补偿元件与传感元件封装于一体的乙醇气体测试仪。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，包括外壳10、电池9、以及设在外壳10上的显示窗口14和触发按钮11，外壳10内的电路部分包括由电池9供电、由触发按钮11触发工作的延迟触发开机/自动延时关机单元1以及由该单元1控制的高精度传感器稳压/参考电压单元3和高效开关稳压/电池欠压判断单元2，还包括接有传感器的桥式传感测量单元4、接受桥式传感测量单元3输出的平衡补偿运放单元5、接受平衡补偿运放单元5输出的输出闸门保持单元6、根据输出闸门保持单元6的输出和参考电压进行比较判断的比较判断显示单元7、由所述比较判断显示单元7驱动的显示单元12。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述电路部分还包括由电池9供电的延迟触发开机/自动延时关机单元1以及由该单元1驱动的高精度传感器稳压/参考电压单元3和高效开关稳压/电池欠压判断单元2，所述高效开关稳压/电池欠压判断单元2供电给所述平衡补偿运放单元5、输出闸门保持单元6、比较判断显示单元7和超标蜂鸣告警单元8，所述高精度传感器稳压/参考电压单元3供电给桥式传感测量单元4、输出闸门保持单元6和比较判断显示单元7。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述显示单元12是装在所述显示窗14内的多个发光二极管。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述外壳10上设有传感孔13和蜂鸣器孔以及电池盒盖。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述桥式传感测量单元3包括一个以贵金属铂Pt为主体、稀土金属钯、铑的氧化物作催化物构成的传感元件，同时将补偿元件与传感元件封装于一体。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述平衡补偿运放电路单元5包括封装在一起的两个运算放大器反相联接。

按照本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述高效开关稳压/电池欠压判断单元2包括一个微型封装的调频升压型开关稳压集成电路。

实施本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪，由于采用了高性能的传感器及桥式补偿电路、相同参数与环境的平衡补偿运放、防“抖动”的闸门及信号捕获保持电路、各自独立的“阶梯”显示电路、低成本的蜂鸣告警电路、独立而又有联系的满足不同特殊需求的双稳压电路以及简化操作的开机与自动关机电路，同时除传感器和蜂鸣器小型封装外全部元件均采用表面贴装元件(SMC)和双面高密度表面贴装印制板技术(SMT)使得做成的乙醇气体测试仪具有体积小巧、重量轻、灵敏度高、性能极其稳定、操作简单、显示直观、耗电省以及产品寿命长的优点。

下面，结合附图和实施例，进一步说明本实用新型的特点，附图中：

图1是说明本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪的外形结构示意图；

图2是说明本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪的电路原理逻辑方框示意图；

图3是说明本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪的电路原理参考图。

如图1所示，本实用新型提供的掌中型乙醇气体测试仪，有一个外壳10、外壳10的正面设有一个检测触发按钮11和内装有多个发光二极管(组成显示单元12)的显示窗口14，外壳10内装有电池9、可以通过电池盒盖(未示出)更换电池9，在外壳10的正反两面对应于传感元件的位置上分别开有传感孔13(只示出一面，另一面未示出)，为被测试气体接触传感元件提供通道，在外壳10上还开设有使壳内蜂鸣器声音更响亮地传出的蜂鸣器通孔(未示出)。

如图2所示，在组成本实用新型的掌中型乙醇气体测试仪的电路中，包括由电池9供电的延迟触发开机/自动延时关机单元1以及由该单元驱动的高精度传感器稳压/参考电压单元3和高效开关稳压/电池欠压判断单元2，还包括桥式传感测量单元4、接受桥式传感测量单元4输出的平衡补偿运放单元5、接受平衡补偿运放单元5输出的输出闸门保持单元6、根据输出闸门保持单元6输出和所述高精度传感器稳压/参考电压单元3提供的参考电压进行比较判断的比较判断显示单元7、由所述比较判断显示单元7驱动的超标蜂鸣告警单元8和显示单元12(即设在外壳正面的发光二极管阵列)。

在图3示出的电路图中，桥式传感器测量电路单元4由微型传感器、电阻R1、R2及微调电阻W1组成。其中传感器和补偿器封装于一体，工作时温度在300-400℃范围内，基本不受环境温度影响。

RS、RD、R1、R2组成传感电桥电路，平时电桥处于微平衡状态，输出一个负向微偏差电压ΔUab，目的是让后级的反向平衡补偿放大电路置于激发态，以利于提高整个电路起始灵敏度；W1用于调整偏差电压ΔUab的大小和正负。

补偿原理说明如下：当由于外界温度或传感桥电压发生变化引起传感器电阻值变化，则补偿器电阻值因相同原因发生与传感器同相变化而“水涨船高”、“水落船低”，从而使分压Ua保持不变。

即温度、电压升高，使RS、RD同时上升而且Ua不变；温度、电压下降RS、RD同时下降而且Ua不变。表述为

当有乙醇气体作用于300-400℃的传感器表面时，在稀土催化物的催化下，乙醇气体发生燃烧导致传感器铂丝电阻值升高，而补偿器电阻不变，使得电桥电路失去平衡，从而引起Ua降低、Uab负向变化，其电压变化度与乙醇气体浓度在一定范围内成良好的线性关系。

平衡补偿运放电路单元5由封装在一起的四运放集成块U1中的两个运算放大器U1：C、U1：D和电阻R3、R4、R5、R6及微调电阻W2组成反相运算放大电路。

说明平衡补偿原理如下：当由于工作环境温度、电压变化或运放输入半导体热躁动使得运放电路发生零点漂移、输出不稳时，采用将同一集成块内的两个运放反相连接，可使得零点漂移带来的影响相互抵消或大大减少，从而使得输出稳定。譬如由于上述不利因素导致U1：C-10点电压升高，则U1：D-13点电压等幅升高(R5＝R6，U1：C和R5、R6构成1：1同相放大器)，相同的不利因素也使得U1：D-12电压等幅升高(同一集成块内相同制造工艺、参数一致、变化同步)，U1：D的同、反相输入电压差几乎为0V，故其输出保持稳定，即U1：D的输出不受上述不利因素影响。

反相运放原理是这样的，由于前级桥式传感测量单元4输出电压微弱且为负值，所以需要反相放大。U1：C-10电压等于U1：D-13电压，可视为等效点。U1：D、R3和W2构成反相运放电路，其放大倍数＝W2/R3，调节W2可改变其放大倍数。R4为U1：D的输入限流保护电阻。

输出闸门保持电路单元6由U1：B、R7、R8、R9、D2、C2、R10、BG1和D1、C1组成。其中D2、U1：B、R10和BG1构成闸门开关电路；R7、R8组成分压电路，UR8的大小决定闸门开启阀值，其分压源取自单元2的高精度传感器稳压输出；当U1：D-14点输出电压小于UR8+UD2时，U1：B-7输出高电压(约等于VDD)，BG1导通，闸门关闭，无输出信号；反之，若有乙醇气体作用于传感器，使得U1：D-14点输出电压大于UR8+UD2时，U1：B-7输出低电压(约等于0伏)，BG1截止，闸门打开，C1充电，其值UC1等于U1：D-14点电压减去UD1(约0.5-0.7v)，大小与乙醇气体浓度成线性正比例；同时C2亦充电，其值与C1等同，由于实际测量中乙醇气体作用于传感器往往是瞬时即失，使得输出显示不易“定影”，这时引进C2可“抓住”前级输出瞬时峰值，保持闸门打开，让C1上电压维持后级显示稳定，保持时间由R9C2(乘积)时间常数决定(若干秒)，当乙醇气体作用消失，使得U1：D-14减去UD2低于UR8时，C2通过R9放电，U1：B-6点电压低于U1：B-5点电压时，闸门关闭，BG1导通，C1通过BG1的c-e结放电，使后级失去信号，一轮测量完成。

比较判断显示电路单元7由R11-R19构成基准分压电路、用U2：A、B、C、D、U3：A、B、C、D八个比较器作比较判断电路、R20-R27用来限制显示发光二极管LED12的工作电流。

分压电路基准源由高精度传感器稳压电路获得，在分压电路上产生八级阶梯电压V1-V8给8个比较器提供判断“依据”。V1-V8之间的比例可根据国家有关部门对被测试人“口气”中乙醇含量的标准规定来调整R11-R20达到目的；同时配合调整W2可以获得比较准确的显示数据。

当被测试人口气中乙醇气体深度超过一定量引起D12灯亮时(对应V5)，U3：B-7输出一个低电平(ALM约为0伏)去触发蜂鸣告警电路单元8发出蜂鸣告警声，表示喝酒超标(醉酒参考)。

超标蜂鸣告警电路单元8由反相器U4：A、U4：B、U4：C、U4：F和R28、R29、R30、R31、D4、D5、D6、C3、C9、C11、BG2及蜂器BUZ组成。

电路中C3、R28及U4：F构成开机延迟告警电路，其目的是在开机预热和自检时同时将补偿元件与传感元件封装于一体不让蜂鸣器告警。(传感器和补偿器在冷态时阻值非常小，所以开机预热电流很大，产生的高温可汽化掉传感芯表面残余气体与杂质，相当于为本仪器清洗了一次鼻子)由于开机时传感器稳压电源尚未建立(未处于稳态)，加之传感器和补偿器亦处于冷态，使得Uab产生一个较大的负向脉冲，引起后级浓度显示灯全部点亮，同时ALM输出高电平。开机后，VDD通过R28向C3充电，C3上电压缓慢上升超过U4：F的开门电平后，U4：F输出发生反转，由高电平跳为低电平，使后级告警电路解除封锁；但是在解除封锁前，U4：F-12输出的高电平通过D5将后级U4：A输入端置“1”使震荡器无法工作。D5、D6组成负与门电路，只有二者均为高电平，后级震荡器才能工作。D4的作用是关机后C3上余电可通过其迅速放掉，以利于下次开机。调整R28或C3使封锁时间稍大于前面闸门保持电路的保持时间即可达到开机延迟告警目的。

电路中U4：A、U4：B、U4：C和R29、R30、C9组成震荡器通过BG2驱动控制蜂鸣器断续工作产生断续蜂鸣告警音。R31用来限制BG2基极电流以防过载；R29、C9决定断续工作频率；蜂鸣器选用内部自带蜂鸣震荡电路的类型，以利于简化电路、减少空间、提高印制电路板工艺水平。

在高精度传感器稳压电路&参考电压电路单元3中，由BG5、运放U1：A、R32、R33组成低压差直流串联稳压电路，其基准电压取自开关稳压集成块U5的输出参考电压VREF，输出电压值由R32、R33分压比及VREF值决定；C13、C12、C5、C10组成前、中、后电源滤波电路。

稳压输出电压VSS＝VREF×(R32+R33)/R33。VCC与VSS最低压差可低到0.03V。

该电源单元3同时向闸门保持电路单元6与比较判断电路单元7提供参考电压。

在高效率开关稳压&电池欠压判断电路单元2中，由一只微型封装的调频升压型开关稳压集成块U5与外围元件R38、R39、LX、C15、C16组成高效率的开关稳压滤波电路；U5中还集成了电池欠压判断电路，它与外围元件R36、R37以及D16、R35共同组成电池欠压判断电路。

U5内部集成有震荡器、差分比较放大电路、同步开关管及续流管、基准电压(VREF)、保护电路及可关断控制电路(SHUT端，本电路不用)，其工作频率极高，可获得95％以上的能量转换效率以及可采用微小体积的滤波电容(C15，钽电解)。

稳压输出电压由VREF、R38、R39参数决定。

稳压输出电压VDD＝VCC×(R38+R39)/R39

VDD可大于VCC或可小至VCC-0.7(V)。

电池欠压判断电路实质上就是U5内部一只接有VREF的独立的比较器而已。当VCC低于VREF×(R36+R37)/R37时LBO端输出低电平驱动电池欠压指示灯(D16)发光。R35是D16的限流电阻。C17为其前端滤波电容。

在图3示出的延迟触发开机/自动延时关机电路单元中，延迟触发电路由R44、C4、自复位按钮AN、R43组成，用来防止误触按钮而误开机，R44、C4决定延迟时间；(R44+R43)可限定触发电流大小。

开机保持与自动延时关机电路单元1由BG3、BG4、R40、R41、R42、R43、R45、R46、R47、D3、C6、C7、C8及反相器U4：D组成。

按下AN约零几秒(由R44和C4决定)后，电池电流流过R44、R43、R42，在R42上的分压促使BG3导通，然后经过R45限流让BG4也导通，完成开机任务。BG4导通压降约0.07V。

开机完成后，VCC通过R46向C6充电，当C6上电压超过U4：D的开门电压后，U4：D输出发生反转由高电平跳至低电平(近似0V)，BG3失去基极电压而截止，随之BG4亦截止，完成自动关机任务。R41给自动关机后的C6、C7(C8)提供泄放回路(不到1秒)，防止影响下次开机；D3为C6提供快速放电通道，以免影响下次操作自动关机延时时间。自动关机的目的是为了省电、简化操作、延长传感器使用寿命，更重要的是提高了传感器的工作性能。这是由于传感器长期高温工作后，对乙醇气体反应灵敏度会有所下降，即“钝化”。这和人鼻子嗅觉一样，初闻时很灵，再嗅就几乎闻不到。本实用新型设置自动关机后再开机可使传感器有“喘气”和“洗鼻”机会，从而提高传感器的测试精度和寿命。

Claims

1、一种掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，包括外壳10、电池9、设在外壳面板上内装显示单元12的显示窗口14和触发按钮11，外壳10内的电路部分包括由电池9供电、由所述触发按钮11触发工作的延迟触发开机/自动延时关机单元1以及由该单元1驱动的高精度传感器稳压/参考电压单元3和高效开关稳压/电池欠压判断单元2，还包括接有传感器的桥式传感测量单元4、接受桥式传感测量单元3输出的平衡补偿运放单元5、接受平衡补偿运放单元5输出的输出闸门保持单元6、根据输出闸门保持单元6的输出和参考电压进行比较判断的比较判断显示单元7、由所述比较判断显示单元7驱动的显示单元12。

2、根据权利要求1所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，采用了高效开关稳压/电池欠压判断单元2供电给所述平衡补偿运放单元5、输出闸门保持单元6、比较判断显示单元7和超标蜂鸣告警单元8；还应用了高精度传感器稳压/参考电压单元3供电给桥式传感测量单元4、输出闸门保持单元6和比较判断显示单元7。

3、根据权利要求1所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述显示单元12是设在所述显示窗口14内的多个发光二极管。

4、根据权利要求1所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述外壳10上设有传感气孔13和蜂鸣器孔以及电池盒盖。

5、根据权利要求1所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述桥式传感测量单元3包括一个以贵金属铂为主体、稀土金属钯、铑的氧化物作催化物构成的传感元件。

6、根据权利要求5所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述平衡补偿运放电路单元5包括封装在一起的两个反相联接的运算放大器。

7、根据权利要求2所述的掌中型乙醇气体测试仪，其特征在于，所述高效开关稳压/电池欠压判断单元2包括一个微型封装的调频升压型开关稳压集成电路。