專利名稱：全量程可燃?xì)怏w檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
全量程可燃?xì)怏w檢測儀
一、技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型屬于測量檢測儀器，具體涉及一種可燃?xì)怏w檢測儀。
二背景技術(shù)：
目前使用的熱催化燃燒式可燃?xì)怏w檢測儀存在的主要問題是傳感器漂移大，要定 期維護(hù)，維護(hù)周期短，并且維護(hù)方法復(fù)雜、成本較高，抗干擾能力較差。而且現(xiàn)有普通全量程 可燃?xì)怏w檢測儀(主要用于甲烷檢測)采用載體催化元件和二元熱導(dǎo)元件相結(jié)合的檢測機(jī) 理，低濃度檢測時仍使用載體催化元件；而高濃度檢測時使用二元熱導(dǎo)元件，電路結(jié)構(gòu)較復(fù) 雜，高濃度和低濃度量程發(fā)生間斷和跳躍，量程不連續(xù)。
三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種可對低濃度和高濃度可燃性氣體作連續(xù)準(zhǔn)確測量 的全量程可燃?xì)怏w檢測儀。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是全量程可燃?xì)怏w檢測儀包括檢測及控制電路和按 鍵，它的檢測及控制電路是由敏感元件RH和補(bǔ)償元件RB與電阻R1、R2組成測量電橋，由補(bǔ) 償元件RB與電阻R2、R3、R4組成另一個測量電橋；直流電源分別經(jīng)開關(guān)管M1、M2連接兩個 電橋，開關(guān)管M1、M2的柵極連接單片機(jī)U1，兩個電橋分別由開關(guān)管控制導(dǎo)通，電橋兩臂的中 點(diǎn)接入儀用放大器電路，經(jīng)放大器將信號送給單片機(jī)U1。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于100% LEL時，前一電橋工作，可燃?xì)怏w濃度變化使敏感元件 RH鉬絲的電阻值變化，電橋的平衡發(fā)生變化，經(jīng)放大器將信號送給單片機(jī)，根據(jù)催化反應(yīng)原 理，計算出可燃?xì)怏w的濃度。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度大于100% LEL時，后一電橋工作，可燃?xì)怏w濃 度變化使補(bǔ)償元件RB鉬絲的電阻值變化，電橋的平衡發(fā)生變化，經(jīng)放大器將信號送給單片 機(jī)，根據(jù)熱導(dǎo)原理，計算出可燃?xì)怏w的濃度。本實(shí)用新型根據(jù)混合氣體的總熱導(dǎo)系數(shù)隨待測氣體的含量不同而改變和催化反 應(yīng)原理制成，由敏感元件和補(bǔ)償元件組成電橋的兩個臂。遇可燃性氣體濃度低于100% LEL 時，敏感元件工作、補(bǔ)償元件起補(bǔ)償作用，當(dāng)可燃性氣體濃度大于100% LEL時，敏感元件這 一臂斷開，接入與補(bǔ)償元件電阻值相同的電阻重新組成兩個臂，由補(bǔ)償元件對可燃性氣體 作檢測。本實(shí)用新型克服了一般催化傳感器只能測量爆炸界限濃度以下的可燃性氣體的弱 點(diǎn)，利用敏感元件對低濃度可燃性氣體(0-100% LEL)進(jìn)行測量，利用補(bǔ)償元件對高濃度氣 體(》100% LEL)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)一對傳感器可對低濃度和高濃度可燃性氣體作準(zhǔn)確測量 的雙重功能。本實(shí)用新型充分利用單片機(jī)的功能，對可燃性氣體濃度進(jìn)行實(shí)時采集、數(shù)據(jù)處理， 對可燃性氣體傳感器進(jìn)行自動校零、非線性補(bǔ)償，在全量程檢測的處理上，利用單一的熱催 化載體元件，采用低濃度檢測和高濃度檢測兩種不同檢測機(jī)制，這樣既保證了低濃度檢測 時的分辨率又兼顧了高濃度檢測時的動態(tài)范圍。高低兩端量程銜接連續(xù)，沒有跳躍和中斷， 比采用熱催化載體元件和熱導(dǎo)元件相結(jié)合的檢測方式節(jié)約了成本，降低了儀器的復(fù)雜程度，也基本消除了采用熱催化載體元件和熱導(dǎo)元件相結(jié)合的檢測方法中存在的量程銜接處 發(fā)生中斷和跳躍的固有的弊端，初步的解決了催化元件的“雙值”問題和單個元件全量程測 量問題。

圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式的電路原理圖；圖3為感應(yīng)按鍵電路原理圖。
五具體實(shí)施方式
圖1為實(shí)施方式一的電路原理圖，電源電壓為2. 0-3. 5V(可依據(jù)催化元件的工作 電壓而定)，Ul可選用MAGE8、PIC16F877、MSP430F413等多種單片機(jī)，運(yùn)放可選普通的LM324 即可，開關(guān)管應(yīng)選性能穩(wěn)定、壓降小的MOS管，開機(jī)時Ml導(dǎo)通，M2截止。圖中敏感元件RH和 補(bǔ)償元件RB與電阻R1、R2組成測量電橋，并以兩臂的中點(diǎn)分別接到由ICA、ICB、ICC和一些 電阻等組成的儀用放大器電路。當(dāng)可燃?xì)怏w到達(dá)敏感元件和補(bǔ)償元件表面時，在空氣中氧 的作用下，在敏感元件表面產(chǎn)生無焰燃燒，敏感元件鉬絲的電阻值增大，電橋的平衡發(fā)生變 化，經(jīng)儀用放大器放大后，將信號送給單片機(jī)U1。當(dāng)檢測到的可燃?xì)怏w濃度大于100% LEL 時，單片機(jī)Ul動作，關(guān)閉MOS管Ml，同時打開MOS管M2，使補(bǔ)償元件RB與電阻R2、R3和R4 組成新的電橋。由于可燃?xì)怏w濃度變化使補(bǔ)償元件RB所處環(huán)境的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生變化，補(bǔ)償 元件RB的溫度變化，補(bǔ)償元件RB鉬絲的電阻值變化，電橋的平衡發(fā)生變化，經(jīng)儀用放大器 放大后，將信號送給單片機(jī)U1，根據(jù)熱導(dǎo)原理，計算出可燃?xì)怏w的濃度。圖2為實(shí)施方式二的電路原理圖，電源電壓為2. 0-3. 5V(可依據(jù)催化元件的工作 電壓而定)，Ul可選用MAGE8、PIC16F877、MSP430F413等多種單片機(jī)，運(yùn)放可選普通的LM324 即可，開關(guān)管應(yīng)選性能穩(wěn)定、壓降小的MOS管，它還包括加熱管M3、M4，直流電源接入加熱管 M3、M4串聯(lián)回路，加熱管M3、M4串聯(lián)的中點(diǎn)連接在電阻R4與補(bǔ)償元件RB之間，加熱管M3、 M4的柵極連接單片機(jī)U1，加熱管M3、M4均由單片機(jī)Ul控制導(dǎo)通或截止。開機(jī)時Ml導(dǎo)通， M2、M3和M4截止。敏感元件RH和補(bǔ)償元件RB與電阻R1、R2組成測量電橋，并以兩臂的中 點(diǎn)分別接到由ICA、ICB、ICC和一些電阻等組成的儀用放大器電路。當(dāng)可燃?xì)怏w到達(dá)敏感 元件和補(bǔ)償元件表面時，在空氣中氧的作用下，在敏感元件表面產(chǎn)生無焰燃燒，敏感元件鉬 絲的電阻值增大，電橋的平衡發(fā)生變化，經(jīng)儀用放大器放大后，將信號送給單片機(jī)U1。這時 單片機(jī)Ul通過控制加熱管M3的導(dǎo)通或截止，對補(bǔ)償元件RB進(jìn)行加熱，使電橋重新達(dá)到平 衡。由于這個加熱次數(shù)與可燃?xì)怏w濃度有對應(yīng)關(guān)系，可以通過單片機(jī)Ul累計單位時間內(nèi)的 加熱次數(shù)Ii1，來計算可燃?xì)怏w的濃度。當(dāng)檢測到的可燃?xì)怏w濃度大于100% LEL時，單片機(jī)Ul動作，關(guān)閉MOS管M1，同時 打開MOS管M2，使補(bǔ)償元件RB與電阻R2、R3和R4組成新的電橋。同過可燃?xì)怏w濃度變化 使補(bǔ)償元件RB所處環(huán)境的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生變化，使補(bǔ)償元件RB的溫度變化，補(bǔ)償元件RB鉬 絲的電阻值變化，電橋的平衡發(fā)生變化，經(jīng)儀用放大器放大后，將信號送給單片機(jī)U1。這時根據(jù)反應(yīng)的可燃?xì)怏w的熱導(dǎo)系數(shù)不同，單片機(jī)Ul給出不同的指令。當(dāng)檢測甲 烷等熱導(dǎo)系數(shù)比空氣大的可燃?xì)怏w時，單片機(jī)Ul通過控制加熱管M3的導(dǎo)通或截止，對補(bǔ)償元件RB進(jìn)行加熱，使電橋重新達(dá)到平衡。由于這個加熱次數(shù)與可燃?xì)怏w濃度有對應(yīng)關(guān)系， 可以通過單片機(jī)Ul累計單位時間內(nèi)的加熱次數(shù)π2，來計算可燃?xì)怏w的濃度。當(dāng)檢測到丙烷 等熱導(dǎo)系數(shù)比空氣小的可燃?xì)怏w時，單片機(jī)Ul通過控制加熱管Μ4的導(dǎo)通或截止，對電阻R4 進(jìn)行加熱，使電橋重新達(dá)到平衡。由于加熱次數(shù)與可燃?xì)怏w濃度有對應(yīng)關(guān)系，可以通過單片 機(jī)累計單位時間內(nèi)的加熱次數(shù)π3，來計算可燃?xì)怏w的濃度。本實(shí)用新型使用感應(yīng)按鍵技術(shù)，根本改變傳統(tǒng)薄膜按鍵或微動開關(guān)使用壽命短和 接觸不良問題。傳感器選用QS12系列光電傳感器，由印制在PCB板上的感應(yīng)器感應(yīng)操作，經(jīng)QS12 輸出開關(guān)信號到微處理器，實(shí)現(xiàn)按鍵功能。感應(yīng)器經(jīng)電阻R連接光電傳感器CX腳，光電傳 感器CS腳經(jīng)電容Cl接光電傳感器VSS腳后接地；光電傳感器VDD腳經(jīng)電容C2輸出，光電 傳感器VDDHI腳接直流電源輸入，光電傳感器OUT腳接開關(guān)輸出。感應(yīng)電路內(nèi)置智能激勵，可以通過觸摸或僅僅接近電路板，就可以起到按鍵功能 。 可長期無故障運(yùn)行，確保產(chǎn)品的可靠性。芯片直流供電，極低的電流消耗，可以采用電池供 H1^ ο用戶可編程的選擇包括四級靈敏度設(shè)置，四個輸出模式，四種功率模式和對環(huán)境 補(bǔ)償濾波器控制。提供最簡單的和成本最低的主要設(shè)計參數(shù)，只需最少的外部元件和獲得 極高的靈敏度。
權(quán)利要求一種全量程可燃?xì)怏w檢測儀，包括檢測及控制電路和按鍵，其特征是它的檢測及控制電路是由敏感元件(RH)和補(bǔ)償元件(RB)與電阻(R1、R2)組成測量電橋，由補(bǔ)償元件(RB)與電阻(R2、R3、R4)組成另一個測量電橋；直流電源分別經(jīng)開關(guān)管(M1、M2)連接兩個電橋，開關(guān)管(M1、M2)的柵極連接單片機(jī)(U1)，電橋兩臂的中點(diǎn)接入儀用放大器電路，經(jīng)放大器將信號送給單片機(jī)(U1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全量程可燃?xì)怏w檢測儀，其特征是它還包括加熱管(M3、 M4)，直流電源接入加熱管(M3、M4)串聯(lián)回路，加熱管(M3、M4)串聯(lián)的中點(diǎn)連接在電阻(R4) 與補(bǔ)償元件(RB)之間，加熱管(M3、M4)的柵極連接單片機(jī)(Ul)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全量程可燃?xì)怏w檢測儀，其特征是它的按鍵采用感應(yīng)按鍵， 感應(yīng)器經(jīng)電阻(R)連接光電傳感器的(CX)腳，光電傳感器(CS)腳經(jīng)電容(Cl)接光電傳感 器(VSS)腳后接地；光電傳感器(VDD)腳經(jīng)電容(C2)輸出，光電傳感器(VDDHI)腳接直流 電源輸入，光電傳感器(OUT)腳接開關(guān)輸出。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種全量程可燃?xì)怏w檢測儀。它的檢測及控制電路是由敏感元件RH和補(bǔ)償元件RB與電阻R1、R2組成測量電橋，由補(bǔ)償元件RB與電阻R2、R3、R4組成另一個測量電橋，兩個電橋分別由開關(guān)管控制導(dǎo)通，電橋兩臂的中點(diǎn)接入儀用放大器電路。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于100％LEL時，前一電橋工作；當(dāng)可燃?xì)怏w濃度大于100％LEL時，后一電橋工作。本實(shí)用新型克服了一般催化傳感器只能測量爆炸界限濃度以下的可燃性氣體的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一對傳感器可對低濃度和高濃度可燃性氣體作準(zhǔn)確測量的雙重功能。本實(shí)用新型使用感應(yīng)按鍵技術(shù)，根本改變傳統(tǒng)薄膜按鍵或微動開關(guān)使用壽命短和接觸不良問題。
文檔編號G01N27/16GK201594085SQ201020010259
公開日2010年9月29日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者孫景斌, 張基偉, 王新祥, 王紅權(quán), 穆克, 荊兆東, 金澤宇, 韓志剛, 高世祥 申請人:撫順市計量測試所