甲烷傳感器:将空氣中的甲烷濃度變量反映出的裝置-中文百科頻道

簡介

紅外原理檢測範圍：0～100%LEL、50%Vol、100%Vol

可選分辨率：0.1%LEL（0～100%LEL）、0.01%Vol（0～100%Vol）

泵吸式顯示方式：LCD液晶背光顯示

檢測精度：±2%.FS

報警方式：聲光報警(報警點可調)

響應時間：小于30S

恢複時間：小于40S

線性誤差：±1.0%

不确定度：2%Rd±0.1

零點漂移：≤±2.0%FS/年

跨度漂移：≤±1.0%FS/月

工作電源：DC3.6V

傳感器壽命：5年以上

使用環境：溫度-20℃~+70℃

相對濕度≤95%RH（非凝露）

在凝露環境下使用需訂制電池容量：3.6VDC，5000mA,帶充電保護功能

外型尺寸：180×190×100mm(L×W×H)

标準配件：0.8m采樣手柄一根，儀器箱一個，充電器一個

重量：1.5Kg

功能特點

具有自動調零功能；

标校可靠性更高，性能更穩定，使用更簡單方便；

采用高分辨率的單片機，測量的數值均準确可靠；

開機并具有自動穩零功能；

可選擇的調試菜單結構，方便調試，操作簡單。

原理

一般采用載體催化元件為檢測元件。

産生一個與甲烷的含量成比例的微弱信号，經過多級放大電路放大後産生一個輸出信号，送入單片機片内A/D轉換輸入口，将此模拟量信号轉換為數字信号。然後單片機對此信号進行處理，并實現顯示，報警等功能。

智能甲烷傳感器

一．甲烷的敏感元件

MH-440V/D紅外氣體傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CH4進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩定、壽命長。内置溫度傳感器，可進行溫度補償。該傳感器是将成熟的紅外吸收氣體檢測技術與微型機械加工、精良電路設計緊密結合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器。

該傳感器使用方便，可直接用來替代催化燃燒元件，廣泛應用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。

二．用敏感元件組成的測量電路

三．調節信号電路

四．進行A/D轉換

CS5521芯片為20腳PDIP或SSOP封裝。其結構由多路複用器、20倍斬波穩定測量放大器，可編程增益放大器(PGA)、帶有數字濾波器的16位?－ΣA/D轉換器及片上校驗電路(Calibration)和寄存器構成。雙色紅外探測器(inGaSn,Si)是電流源，兩路信号電流分别經串接電阻R1、R2(或串接R1′、R2′)形成電壓差，它們作為CS5521兩通道的差分輸入信号。

電容C1、C2與電阻并聯以抑制高頻幹擾。将NBV端接地，在使用25mV、55mV、100mV三個量程時，輸入共模電壓要在1.85V～2.65V之間，由LM385－2.5産生2.5V電壓來滿足。考慮到所測紅外信号強弱差異，僅靠CS5521片内放大器增益調節不能滿足故加開關MAX4580來改變串接電阻大小。

信号電流≥5μA時，僅R1、R2接入；信号電流<5μA時，由89C2051的P1.3腳控制接入R1′、R2′來檢測微弱信号。可通過CS5521自校驗來實現自調零和增益設定。若要測每個通道信号的精确值，除2.5V量程外都需要進行系統校驗，否則可能産生多達20%的增益誤差。

系統校驗時，外部需要提供精确基準電路。校驗結束後，将各量程的偏置值和增益值存入2051的程序中，在轉換量程時将相應值送入各自寄存器即可。若僅需信号的相對值，可進行在線自校驗。整個電路由20腳的89C2051來控制。/CS端始終有效，SCLK為串行時鐘輸入端，SDI為CS5521串行命令/數據輸入端，SDO為CS5521數據輸出端空閑時為高電平，高電平向低電平轉變用來指示芯片A/D轉換數據可取或校驗結束。

五．采用何種CPU

采用40-PIN的PIC16F877A

1.低功耗。靜态電流一般為2mA，睡眠狀态下最低可小于1μA。在節能和本安方面有比較大的優勢。

2.工作電壓範圍寬，可在2.0～5.5V電壓範圍内工作。

3.引腳驅動能力強，可以承受5V電壓。引腳灌入或拉出電流都能達到25mA，可以直接驅動數碼管顯示，不需要反相器等外接驅動。可任意定義I/O的輸入/輸出方向，可以設定内部上拉電阻，省去外接上拉電阻。

4.速度快。工作頻率最高可達20MHz，每個指令周期僅200ns，有多種時鐘模式。引入指令執行流水線機制。

5.集成有10位，8通道的高精度A/D轉換器，并集成片内基準電壓，也可以選擇外部基準電壓，不用的模拟端口還可以複用為普通數字I/O口。

6.集成了通用同步異步收發器，即USART模塊，既可以配置為全雙工的異步通信模式，又可以配置成半雙工的同步通信模式，可按實際數據通信的需要靈活應用。

7.集成兩個CCP模塊。兩個CCP模塊可以獨立編程，可以配置為Capture(捕捉)、Compare(比較)、PWM(脈寬調制)中任意一種功能模式，用于實現捕捉、比較、脈寬調制。

8.自帶獨立的看門狗定時器(WDT)。在設計上和其它電路完全獨立，看門狗定時器自帶片内RC振蕩器，看門狗功能可以在芯片燒寫時由芯片的配置字決定打開或者關閉，避免軟件出現死循環。

9，不需加裝存儲器。有8K字節的可擦除Flash程序存儲空間，電可擦除，可以重複燒寫大于10萬次；256字節的EEPROM數據存儲空間，可以在傳感器調校後存儲零點、系數、非線性補償數據等參數及儀器編号等信息；368字節的RAM數據存儲空間允許進行複雜的算法設計，軟件編程靈活，有利于提高儀器的精度。

六．顯示電路

數碼管選用三位紅色共陽數碼管，位選端為高電平時，顯示段碼；位選端為低電平時，數碼管熄滅。Ll、L2、L3是三位數碼管的位選端，分别接到單片機的RB3、RB4、RBS引腳；DO～D7是數碼管的段碼引腳，分别接到單片機D口的RDO～RD7。RLORL7是380Ω限流電阻。LED1和LED2是工作狀态指示LED。

B6和B7是控制端，直接接到單片機的RB6和RB7引腳。當瓦斯傳感器工作在低濃度檢測時，LED1閃爍；當瓦斯傳感器工作在高濃度檢測時，LED2閃爍。B6和B7輸出高電平時，LED熄滅；B6和B7輸出低電平時，LED發光。RS11和RS12分别是LED1和LED2的限流保護電阻，阻值為380Ω。

七．超出多少純度，聲光報警

瓦斯檢測儀在井下工作，對環境氣體中的瓦斯濃度進行實時監測；當瓦斯濃度超過預先設定的上限值時，系統發出聲光報警。聲報警通過驅動蜂鳴器發聲實現；光報警通過發光二極管閃爍實現。