一种全量程甲烷测定器论文和设计-赵志雄

全文摘要

本实用新型公开了一种全量程甲烷测定器，包括直流稳压器，甲烷检测元件、调零电路，以及微处理器构成，直流稳压器的输出端分别与甲烷检测元件和调零电路连接，甲烷检测元件和调零电路并联形成惠普顿电桥，甲烷检测元件和调零电路分别与差分放大电路的两个输入端连接，差分放大电路的一输入端上还接有恒流源电路，差分放大电路的输出端与微处理器连接，其中，微处理器内设有零点参考电压模块、低浓度调零模块、高浓度调零模块以及甲烷检测控制模块；本实用新型可对甲烷气体进行全量程检测，且调零精度高，测量数据准确。

主设计要求

1.一种全量程甲烷测定器，包括直流稳压器（1），甲烷检测元件（2）、调零电路（3），以及微处理器（4）构成，其特征是：所述直流稳压器（1）的输出端分别与所述甲烷检测元件（2）和调零电路（3）连接，所述甲烷检测元件（2）和调零电路（3）并联；所述甲烷检测元件（2）和调零电路（3）分别与差分放大电路（5）的两个输入端连接；所述甲烷检测元件（2）由补偿元件（ra1）和敏感元件（ra2）串联构成；所述补偿元件（ra1）的输入端与所述直流稳压器（1）输出端连接；所述敏感元件（ra2）通过控制电路（8）与微处理器（4）连接；所述调零电路（3）由第一电阻（R1）、第一数字电位器（RP1）以及第二电阻（R2）串联构成；所述第二电阻（R2）输出端接地；所述第一数字电位器（RP1）与所述差分放大电路（5）的第一输入端连接，所述第一数字电位器（RP1）第二输入端接于所述补偿元件（ra1）和敏感元件（ra2）之间；所述差分放大电路（5）的第二输入端上还接有恒流源电路（7）；所述恒流源电路（7）与所述微处理器（4）连接；所述微处理器（4）内设有零点参考电压模块（41）、低浓度调零模块（42）、高浓度调零模块（43）以及甲烷检测控制模块（44）；所述低浓度调零模块（42）、高浓度调零模块（43）以及甲烷检测控制模块（44）分别通过A\/D转换电路（45）与所述差分放大电路（5）的第一输出端连接；所述零点参考电压模块（41）与所述差分放大电路（5）的第二输出端连接；所述低浓度调零模块（42）输出端与所述第一数字电位器（RP1）连接；所述高浓度调零模块（43）输出端与恒流源电路（7）连接。

设计方案

所述甲烷检测元件（2）由补偿元件（ra1）和敏感元件（ra2）串联构成；所述补偿元件（ra1）的输入端与所述直流稳压器（1）输出端连接；所述敏感元件（ra2）通过控制电路（8）与微处理器（4）连接；

所述调零电路（3）由第一电阻（R1）、第一数字电位器（RP1）以及第二电阻（R2）串联构成；所述第二电阻（R2）输出端接地；所述第一数字电位器（RP1）与所述差分放大电路（5）的第一输入端连接，所述第一数字电位器（RP1）第二输入端接于所述补偿元件（ra1）和敏感元件（ra2）之间；所述差分放大电路（5）的第二输入端上还接有恒流源电路（7）；所述恒流源电路（7）与所述微处理器（4）连接；

所述微处理器（4）内设有零点参考电压模块（41）、低浓度调零模块（42）、高浓度调零模块（43）以及甲烷检测控制模块（44）；所述低浓度调零模块（42）、高浓度调零模块（43）以及甲烷检测控制模块（44）分别通过A\/D转换电路（45）与所述差分放大电路（5）的第一输出端连接；所述零点参考电压模块（41）与所述差分放大电路（5）的第二输出端连接；所述低浓度调零模块（42）输出端与所述第一数字电位器（RP1）连接；所述高浓度调零模块（43）输出端与恒流源电路（7）连接。

2.如权利要求1所述的全量程甲烷测定器，其特征是：所述甲烷检测控制模块（44）内设有检测模块（441）和控制模块（442）；所述检测模块（441）输出端与所述控制模块（442）的输入端连接；所述控制模块（442）的输出端分别与高浓度调零模块（43）和控制电路（8）连接。

3.如权利要求1所述的全量程甲烷测定器，其特征是：所述恒流源电路（7）由第二场效应管（T2）、第三放大电路（U3）、第七电阻（R7）以及第二数字电位器（RP2）构成；所述第三放大电路（U3）的输入端通过第二数字电位器（RP2）与所述高浓度调零模块（43）的输出端连接；所述第七电阻（R7）的输出端接地；所述第二场效应管（T2）接于所述差分放大电路（5）的第二输入端。

4.如权利要求1所述的全量程甲烷测定器，其特征是：所述控制电路（8）由第一场效应管（T1）构成；所述第一场效应管（T1）连接于所述控制模块（442）和敏感元件（ra2）之间；所述第一场效应管（T1）输出端接地。

5.如权利要求3所述的全量程甲烷测定器，其特征是：所述高浓度调零模块（43）内设有电流上限模块（431）和电流下限模块（432）；所述电流上限模块（431）与所述第二数字电位器（RP2）；所述电流下限模块（432）输入端与所述控制模块（442）的输出端连接，输出端所述第二数字电位器（RP2）连接。

6.如权利要求1至4任一所述的全量程甲烷测定器，其特征是：所述差分放大电路（5）由第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）和第六电阻（R6）以及第二放大器（U2）构成；所述第四电阻（R4）端为所述第一输入端；所述第三电阻（R3）为第二输入端；所述第五电阻（R5）为第二输出端；所述第六电阻（R6）为第一输出端；所述第二放大器（U2）集成在所述微处理器（4）上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及气体检测领域，特别涉及一种全量程甲烷测定器。

背景技术

甲烷测定器是一种工业用可燃气体及有毒气体安全检测仪器。由于高浓度甲烷会在检测元件表面剧烈燃烧，燃烧产生高温会使铂金丝变软或者熔断，易使元件损坏，因此现有载体催化元件型的甲烷测定器不适用于高浓度甲烷检测。另外，载体催化元件的敏感元件在浓度为8％～12％的甲烷气体中会发生激活现象，会大大影响催化元件的灵敏度，因此经过高浓度甲烷检测后必须进行校准，否则测量数据误差很大。

针对上述问题，现有两种解决方案，一种是在电源输出端加直流稳压器，并通过微处理器进行浓度控制，当微处理器检测到浓度过高时，会传输一个低压信号给直流稳压器，直流稳压器将停止工作，进而起到保护甲烷测定器的作用，但是这样的保护方法只能对低浓度甲烷气体进行检测，对于高浓度甲烷无法检测，大大限制了甲烷测定器的适用范围。另一种是利用热导元件对甲烷气体的热导率高于对空气的热导率进行甲烷气体浓度检测，这种检测方法可以适用于高浓度甲烷气体检测，但是热导元件中的补偿元件一直被密封在空气中，密封空气压力无法随外界压力变化而变化，热导系数变化大，测量精度低，不能测量低浓度甲烷气体。

因此本领域技术人员致力于开发一种调零精确度高且能对高低浓度进行检测的全量程甲烷测定器。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全量程甲烷测定器，其能够解决现有甲烷测定器调零精度差、检测精度低，且不能同时对高浓度和低浓度甲烷气体进行检测的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种全量程甲烷测定器，包括直流稳压器，甲烷检测元件、调零电路，以及微处理器构成，直流稳压器的输出端分别与甲烷检测元件和调零电路连接，甲烷检测元件和调零电路并联，甲烷检测元件和调零电路分别与差分放大电路的两个输入端连接；

甲烷检测元件由补偿元件和敏感元件串联构成，补偿元件的输入端与直流稳压器输出端连接，敏感元件通过控制电路与微处理器连接；

调零电路由第一电阻、第一数字电位器以及第二电阻串联构成，第二电阻输出端接地，第一数字电位器与差分放大电路的第一输入端连接，第一数字电位器第二输入端接于补偿元件和敏感元件之间，差分放大电路的第二输入端上还接有恒流源电路，恒流源电路与微处理器连接；

微处理器内设有零点参考电压模块、低浓度调零模块、高浓度调零模块以及甲烷检测控制模块，低浓度调零模块、高浓度调零模块以及甲烷检测控制模块分别通过A\/D转换电路与差分放大电路的第一输出端连接，零点参考电压模块与差分放大电路的第二输出端连接，低浓度调零模块输出端与第一数字电位器连接，高浓度调零模块输出端与恒流源电路连接。

较佳的，甲烷检测控制模块内设有检测模块和控制模块，检测模块输出端与控制模块的输入端连接，控制模块的输出端分别与高浓度调零模块和控制电路连接。

较佳的，恒流源电路由第二场效应管、第三放大电路、第七电阻以及第二数字电位器构成，第三放大电路的输入端通过第二数字电位器与高浓度调零模块的输出端连接，第七电阻的输出端接地，第二场效应管接于差分放大电路的第二输入端。

较佳的，控制电路由第一场效应管构成，第一场效应管连接于控制模块和敏感元件之间，第一场效应管输出端接地。

较佳的，高浓度调零模块内设有电流上限模块和电流下限模块，电流上限模块与第二数字电位器，电流下限模块输入端与控制模块的输出端连接，输出端第二数字电位器连接。

较佳的，差分放大电路由第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻以及第二放大器构成，第四电阻端为第一输入端，第三电阻为第二输入端，第五电阻为第二输出端，第六电阻为第一输出端，第二放大器集成在微处理器上。

本实用新型只用了催化元件进行甲烷检测，降低了成本，且达到了高精度效果；同时，由于补偿元件为恒流源，不受大气压力影响，因此即便对高浓度甲烷进行测量，精度也高；另外，与现有仪器相比结构简单，减小了一起的体积和重量，更符合轻量化设计要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的模块原理结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的模块原理结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的电路原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图3所示，一种全量程甲烷测定器，包括直流稳压器1，甲烷检测元件2、调零电路3，以及微处理器4构成，直流稳压器1 的输出端分别与甲烷检测元件2和调零电路3连接，甲烷检测元件2 和调零电路3并联，甲烷检测元件2和调零电路3分别与差分放大电路5的两个输入端连接；甲烷检测元件2由补偿元件ra1和敏感元件 ra2串联构成，补偿元件ra1的输入端与直流稳压器1输出端连接，敏感元件ra2通过控制电路8与微处理器4连接；

调零电路3由第一电阻R1、第一数字电位器RP1以及第二电阻 R2串联构成，第二电阻R2输出端接地，第一数字电位器RP1与差分放大电路5的第一输入端连接，第一数字电位器RP1第二输入端接于补偿元件ra1和敏感元件ra2之间，差分放大电路5的第二输入端上还接有恒流源电路7，恒流源电路7与微处理器4连接；微处理器4 内设有零点参考电压模块41、低浓度调零模块42、高浓度调零模块 43以及甲烷检测控制模块44，低浓度调零模块42、高浓度调零模块 43以及甲烷检测控制模块44分别通过A\/D转换电路45与差分放大电路5的第一输出端连接，零点参考电压模块41与差分放大电路5 的第二输出端连接，低浓度调零模块42输出端与第一数字电位器RP1 连接，高浓度调零模块43输出端与恒流源电路7连接。

差分放大电路5由第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6以及第二放大器U2构成，第四电阻R4端为第一输入端，第三电阻R3为第二输入端，第五电阻R5为第二输出端，第六电阻 R6为第一输出端，第二放大器U2集成在微处理器4上

如图3所示，恒流源电路7由第二场效应管T2、第三放大电路 U3、第七电阻R7以及第二数字电位器RP2构成，第三放大电路U3的输入端通过第二数字电位器RP2与高浓度调零模块43的输出端连接，第七电阻R7的输出端接地，第二场效应管T2接于差分放大电路5的第二输入端。

控制电路8由第一场效应管T1构成，第一场效应管T1连接于控制模块442和敏感元件ra2之间，第一场效应管T1输出端接地。

实施例2

如图2所示，实施例2除了包含实施例1的结构外，还包括下列结构，甲烷检测控制模块44内设有检测模块441和控制模块442，检测模块441输出端与控制模块442的输入端连接，控制模块442的输出端分别与高浓度调零模块43和控制电路8连接。

高浓度调零模块43内设有电流上限模块431和电流下限模块432，电流上限模块431与第二数字电位器RP2，电流下限模块432输入端与控制模块442的输出端连接，输出端第二数字电位器RP2连接。

本实用新型通过微处理器控制可以对甲烷气体进行全量程测量；使用时，打开仪器后，仪器自动进入检测模块，当检测到的甲烷气体深度低于4％时仪器自动进入低浓度检测模式以提高检测精度，当检测到的甲烷浓度高于4％时自动进入高浓度检测模式以保护载体检测元件ra2。

在低浓度检测模式下，微处理器通过甲烷检测控制模块控制第一场效应管T1，使其导通接地，故ra2下端接地，然后设置电流下限模块的参考电压输出值为0V，接着调节RP1到电位器最下端，此时，恒流源恒流电流为0安，ra1与ra2串联，检测元件工作电流经ra1、ra2接地，此时ra1、ra2、R1、R2以及RP1组成惠斯顿电桥，在空气中进行低浓度调零时，微处理器自动调节RP1使A\/D转换电路输出值等于零点参考电压，此时U＝0，调零完成。

在高浓度检测模式下，微处理器通过甲烷检测控制模块控制第一场效应管T1开路，ra2断开与地的连接，设置电流下限的参考电压输出值为正常输出电压，然后调节RP1到电位器正常位置，恒流源恒流电流为ra1正常工作电流，ra1与恒流源串联，ra1工作在热导模式下，元件工作电流经ra1、恒流源电路接地，此时在空气中进行高浓度调零时，微处理器自动调节RP2，使ra1在催化和热导模式下的工作电流相同，即A\/D转换电路输出值等于零点参考电压，此时U＝0，调零完成。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

设计图

一种全量程甲烷测定器论文和设计

一种全量程甲烷测定器论文和设计-赵志雄

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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