一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计

1、一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计 WORD文档使用说明：一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计 来源于PDFWORDPDF转换成WROD 本WOED文件是采用在线转换功能下载而来，因此在排版和显示效果方面可能不能满足您的应用需求。如果需要查看原版WOED文件，请访问这里一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计 文件原版地址: 一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计|PDF转换成WROD_PDF阅读器下载1999 年第 3 期电气防爆总第 137 期一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计崔学军张航王德芳 摘要 本文主要介绍用 8098 单片机组成可燃气体报警系统。 并结合设计实例,

2、 探讨提高传感器使用寿命及精度的有关技术问题。 关键词 可燃性气体单片机传感器特性修正应用设计随着石油、 化学工业的迅速发展, 生产过程自 动化水平高, 生产现场容易发生气体泄漏, 这些气 体大部分是可燃的。 泄漏气体的大量集聚, 容易引 起爆炸, 直接威胁国家财产和人民的生命安全, 检 测这些可燃性气体的可燃气体报警器就应运而生 了。 可燃气体报警器包括传感器及控制检测两部 分, 现分述如下:一、 传感器原理及工作模式可燃性气体传感器是采用微电子工艺, 在微 型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层 SnO 2 薄 膜。这种结构能使 SnO 2 薄膜对可燃性气体 ( 如 天燃气、 液化石油气、 甲

3、烷等) 在很宽的温度 H 2、 范围内都具有敏感性。 其结构如图 1 所示。图 2原理图图 3加热电压波形由于加热器电压为周期性电压, 故敏感器的 温度呈现出周期性的变化, 见图 4。图 1结构图该传感器共有 4 个管脚, 两个为加热端 ( 管脚 1 和 3, 脚 3 接地) ; 两个为传感器输出端 ( 管脚 2 和 4) , 等效电路如图 2 所示。 可燃气体传感器实际应用时, 通常采用连续 工作模式, 由于长时间通电, 使传感器灵敏度降 低、 寿命缩短, 此时可用周期性脉冲电压对电阻断 续加热, 具体波形参见图 3。 ?24?图 4加热温度变化其中 V 0 为低电压, V H 为高电压,

4、当 V H 供电 时, 传感器温度为 T 1 , 可以起到清洁敏感部位的 作用。V 0 供电时, 传感器的温度为 T 0 , 为维持温 度。在不同温度下, 传感器的传感电阻 R S 的阻值 不同, 可以测高温状态时的低 R S , 也可以测低温1999 年第 3 期电气防爆总第 137 期状态时的高 R S , 如图 5 所示。 实验表明低温状态 最后温段的 R S 重复性较好。二、 8098 实现检测的设计原 用 理1. 系统组成及原理 由 8098 单片机及 74L S373、 EPROM 2732 组 成基本的单片机系统。 为了给传感器提供脉冲电 压, 用户程序通过 8098 控制 H

5、SO 3 的输出电平, 产生符合要求的方波, 驱动传感器的加热元件。 如 图 6 所示。图 5敏感器响应曲线图 6可燃性气体报警器电路原理图另用一个可燃气体传感器及温度传感器。 同 时 H SO 3 输出低电平时的后段位, 启动 A CH 4, 采 集 R S 值。 与此同时启动 A CH 5 采集现场温度传感 器 R t, 并及时修正数据计算结果。 根据不同的可 燃性气体选定不同的报警浓度, 报警可分为三种 方式, 见表 1。 另设有 3 个设置开关, 可以用软件实现各种 控制方式及工作方式。表1 可燃气体浓度 X X < N1 2 3传感器电阻值, K 为温度系数。第二步, 浓度特性

6、 的分段处理。 7 为传感器的响应曲线, 根据不同 图 的可燃气体, 分段浓度可选不同, 可分成 3 5 段, 测出不同的响应浓度, 根据所在段位, 计算出实际 浓度值。报警方式 不报警10m in 后启动 GJ 1 ( 可接警灯) 10m in 后启动 GJ 2 ( 可按电铃)N 1< X < N N 2< X < N N 3< X 立即启动 GJ 3 ( 可接断电开关、 通风机等) 图 7可燃气体浓度修正曲线2. 数据修正 可燃气体传感器的敏感特性不但受温度影 响, 而且在一定的温度下, 对气体的响应也是非线 性的, 故采集的数据要进行两步修正, 第一步, 修

7、 正温度变化所引起的传感器电阻 R S 的变化, 即 R S ( T ) = K R S ( T 0 ) , 其中 R S ( T 0 ) 为标准温度下的三、 采取的防爆措施可燃气体报警器电路可分为两部分, 第一部 ( 下转第 46 页) ?2 5 ?1999 年第 3 期电气防爆总第 137 期国际电工委员会、 欧洲、 美国、 日本防 爆 电 气 设 备 标 准 介 绍 ( 一) 国际电工委员会标准IEC 60079 IEC 60079 0 1983 爆炸性气体环境用防爆电气设 IEC 60079 7 1990 爆炸性气体环境用防爆电气设备增安型 e ” “IEC 60079- 10 199

8、5 爆炸性气体环境用防爆电气设备通用要求1 1990 爆炸性气体环境用防爆电气设备危险场所的分类IEC 60079- 11 1991 爆炸性气体环境用防爆电气设备电气设备隔爆外壳的结构 和试验IEC 60079 - 1A 1975 爆炸性气体环境用防爆电气设备第 11 部分: 本质安全型 i” “IEC 60079- 12 1978 爆炸性气体环境用防爆电气设备出版物 79- 1 附录 D , 最 大试验安全间隙的测试方法IEC 60079 IEC 60079 2 1983 爆炸性气体环境用防爆电气设备最大试验安全间隙和最小 点燃电流对气体或蒸气混合物 的分类IEC 60079- 13 198

9、2 爆炸性气体环境用防爆电气设备正压外壳3 1990 爆炸性气体环境用防爆电气设备正压房间或建筑物的结构 及使用IEC 60079- 14 1996 爆炸性气体环境用防爆电气设备本质安全型电路火花试验 装置IEC 60079 4 1975 爆炸性气体环境用防爆电气设备爆炸危险场所电气安装( 煤矿除外) IEC 60079- 15 1987 爆炸性气体环境用防爆电气设备引燃温度试验方法IEC 60079- 4A 1970爆炸性气体环境用防爆电气设备对出版物 79- 4 ( 第一版) 的补充IEC 60079 5 1997 爆炸性气体环境用防爆电气设备无火花型电气设备 n ” “IEC 60079

10、- 16 1990 爆炸性气体环境用防爆电气设备人工通风保护的分析室IEC 60079- 17 1996 爆炸性气体环境用防爆电气设备充砂型电气设备IEC 60079- 5A 1969爆炸性气体环境用防爆电气设备爆炸危险场所电气安装的 检查和维护IEC 60079- 18 1992 爆炸性气体环境用防爆电气设备对出版物 79- 5 的补充IEC 60079 6 1995 爆炸性气体环境用防爆电气设备第 6 部分充油型 o ” “备浇封型 m ” “( 上接第 25 页)分为控制单元, 即单片机控制系统和执行部分 ( 继 电器) , 第二部分为传感器, 根据要求不同可采取 如下防爆形式: 1. 传感器在危险场所, 控制单元在安全场所传感器可设计成本质安全电路, 如图 8 所示, 在控制单元内加入限能电路。 2. 整机防爆形式 可设计成复合防爆形式, 控制单元为隔爆型, 传感器为本质安全型电路, 控制单元内供电变压 器为隔离变压器, 经过整流、 滤波、 稳压组成电源 部分。 单片机系统、 限能电路及电源部分放入隔爆 盒内, 经屏蔽电缆联接传感器。四、 结束语可燃气体传感器不