一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计概要.docx
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一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计概要
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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,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SnO2薄膜。
这种结构能使SnO2薄膜对可燃性气体(如天燃气、液化石油气、甲烷等)在很宽的温度H2、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。
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图4 加热温度变化
其中V0为低电压,VH为高电压,当VH供电时,传感器温度为T1,可以起到清洁敏感部位的作用。
V0供电时,传感器的温度为T0,为维持温度。
在不同温度下,传感器的传感电阻RS的阻值不同,可以测高温状态时的低RS,也可以测低温
1999年第3期
电 气 防 爆
总第137期
状态时的高RS,如图5所示。
实验表明低温状态最后温段的RS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74LS373、EPROM2732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HSO3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HSO3输出低电平时的后段位,启动ACH4,采集RS值。
与此同时启动ACH5采集现场温度传感器Rt,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 123 传感器电阻值,K为温度系数。 第二步,浓度特性的分段处理。 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35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 10min后启动GJ1(可接警灯)10min后启动GJ2(可按电铃) N1 立即启动GJ3(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,修正温度变化所引起的传感器电阻RS的变化,即RS(T)=KRS(T0),其中RS(T0)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)? 25? 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 IEC60079IEC6007901983 爆炸性气体环境用防爆电气设IEC6007971990 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 增安型e”“ IEC60079-101995 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 通用要求 11990 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 危险场所的分类 IEC60079-111991 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 IEC60079-1A1975爆炸性气体环境用防爆电气设 备 第11部分: 本质安全型i”“ IEC60079-121978 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 IEC60079IEC6007921983 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 IEC60079-131982 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 正压外壳 31990 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 IEC60079-141996 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 IEC6007941975 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)IEC60079-151987 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 引燃温度试验方法 IEC60079-4A1970 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 IEC6007951997 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 无火花型电气设备n”“ IEC60079-161990 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 人工通风保护的分析室 IEC60079-171996 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 充砂型电气设备 IEC60079-5A1969 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 IEC60079-181992 爆炸性气体环境用防爆电气设 备 对出版物79-5的补充 IEC6007961995 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 可燃气体传感器不但受环境温度的影响,而且受环境湿度的影响,也可增加一路湿度传感器,进行湿度修正,提高检测精度,原理同温度修正一样,本文不再赘述。 图8 本安限能电路 ? 46? 尊重他人劳动,转载请注明来自[PDF转换成WROD_PDF阅读器下载: 本文【一种单片机控制的可燃气体报警器的电路设计】网址:
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