甲烷传感器

甲烷传感器
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基本简介
技术参数：检测气体：甲烷检测原理：红外原理检测范围：0～100%LEL、50%Vol、100%Vol可选分辨率：0.1%LEL（0～100%LEL）、0.01%Vol（0～100% Vol）检测方式：泵吸式显示方式：LCD液晶背光显示检测精度：±2%.FS报警方式：声光报警(报警点可调)响应时间：小于30S恢复时间：小于40S线性误差：±1.0%不确定度：2%Rd±0.1零点漂移：≤±2.0%FS/年跨度漂移：≤±1.0%FS/月工作电源：DC3.6V传感器寿命：5年以上使用环境：温度-20℃~+70℃；相对湿度≤95%RH（非凝露）；在凝露环境下使用需订制电池容量：3.6VDC，5000mA ,带充电保护功能 外型尺寸：180×190×100mm(L×W×H)标准配件：0.8m采样手柄一根，仪器箱一个，充电器一个重 量：1.5Kg
功能特点
☆ 具有自动调零功能；
☆ 标校可靠性更高，性能更稳定，使用更简单方便；
☆ 采用高分辨率的单片机，测量的数值均准确可靠；
☆ 开机并具有自动稳零功能；
☆ 可选择的调试菜单结构，方便调试，操作简单。
原理
一般采用载体催化元件为检测元件。产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，送入单片机片内A/D转换输入口，将此模拟量信号转换为数字信号。然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。
见图1：
智能甲烷传感器
一．甲烷的敏感元件
MH-440V/D 红外气体传感器是通用型、智能型、微型传感器，该传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CH4进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定、寿命长。内置温度传感器，可进行温度补偿。该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与微型机械加工、精良电路设计紧密结合，制作出的小巧型红外气体传感器。
该传感器使用方便，可直接用来替代催化燃烧元件，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合。
二．用敏感元件组成的测量电路
被测
非电量
输出电量
敏感元件
转换元件
转换电路
传感器的组成
辅助电源
三．调节信号电路
四．进行A/D转换
CS5521芯片为20脚 PDIP或SSOP封装。由多路复用器、20倍斩波稳定测量放大器，可编程增益放大器 (PGA)、带有数字滤波器的 16位?－Σ A/D转换器及片上校验电路 (Calibration)和寄存器构成。双色红外
探测器(inGaSn,Si)是电流源，两路信号电流分别经串接电阻 R1、R2(或串接 R1′、R2′)形成电压差，它们作为 CS5521两通道的差分输入信号。电容 C1、C2与电阻并联以抑制高频干扰。将NBV端接地，
在使用 25mV、55mV、100mV 三个量程
时，输入共模电压要在1.85V～2.65V之间，由 LM385－2.5产生2.5V电压来满足。考虑到所测红外信号强弱差异，仅靠CS5521片内放大器增益调节不能满足故加开关MAX4580来改变串接电阻大小。信号电流　≥5μA 时，仅 R1、R2接入；信号电流<5μA时，由 89C2051 的P1.3脚控制接入R1′、R2′来检测微弱信号。可通过 CS5521自校验来实现自调零和增益设定。若要测每个通道信号的精确值，除2.5V量程外都需要进行系统校验，否则可能产生多达 20%的增益误差。系统校验时，外部需要提供精确基准电路。校验结束后，将各量程的偏置值和增益值存入 2051的程序中，在转换量程时将相应值送入各自寄存器即可。若仅需信号的相对值，可进行在线自校验。整个电路由 20脚的 89C2051来控制。/CS端始终有效，SCLK为串行时钟输入端，SDI为 CS5521串行命令/数据输入端，SDO为CS5521数据输出端　空闲时为高电平，高电平向低电平转变用来指示芯片 A/D转换数据可取或校验结束、
五．采用何种CPU
采用40-PIN的 PIC16F877A
1. 低功耗。静态电流一般为2mA，睡眠状态下最低可小于 1μA。在节能和本安方面有比较大的优势。
2. 工作电压范围宽，可在2.0～5.5V 电压范围内工作。
3. 引脚驱动能力强，可以承受5V 电压。引脚灌入或拉出电流都能达到25mA，可以直接驱动数码管显示，不需要反相器等外接驱动。可任意定义I/O的输入/输出方向，可以设定内部上拉电阻，省去外接上拉电阻。
4. 速度快。工作频率最高可达20MHz，每个指令周期仅 200ns，有多种时钟模式。引入指令执行流水线机制。
5. 集成有10 位，8通道的高精度 A/D转换器，并集成片内基准电压，也可以选择外部基准电压，不用的模拟端口还可以复用为普通数字I/O 口。
6. 集成了通用同步异步收发器，即USART 模块，既可以配置为全双工的异步通信模式，又可以配置成半双工的同步通信模式，可按实际数据通信的需要灵活应用。
7. 集成两个CCP 模块。两个CCP 模块可以独立编程，可以配置为Capture(捕捉)、Compare(比较)、PWM(脉宽调制)中任意一种功能模式，用于实现捕捉、比较、脉宽调制。
8. 自带独立的看门狗定时器(WDT)。在设计上和其它电路完全独立，看门狗定时器自带片内RC 振荡器，看门狗功能可以在芯片烧写时由芯片的配置字决定打开或者关闭，避免软件出现死循环。
9，不需加装存储器。有8K 字节的可擦除Flash 程序存储空间，电可擦除，可以重复烧写大于 10万次； 256字节的 EEPROM数据存储空间，可以在传感器调校后存储零点、系数、非线性补偿数据等参数及仪器编号等信息；368字节的RAM 数据存储空间允许进行复杂的算法设计，软件编程灵活，有利于提高仪器的精度。
六．显示电路
数码管选用三位红色共阳数码管，位选端为高电平时，显示段码；位选端为低电平时，数码管熄灭。Ll、L2、L3是三位数码管的位选端，分别接到单片机的RB3、 RB4、RBS引脚；DO～D7是数码管的段码引脚，分别接到单片机 D口的 RDO～RD7。 RLORL7是 380Ω限流电阻。LED1和 LED2是工作状态指示 LED。B6和 B7是控制端，直接接到单片机的RB6 和RB7 引脚。当瓦斯传感器工作在低浓度检测时，LED1闪烁；当瓦斯传感器工作在高浓度检测时，LED2闪烁。B6 和B7 输出高电平时，LED熄灭； B6和 B7输出低电平时，LED 发光。RS11和 RS12分别是 LED1和 LED2的限流保护电阻，阻值为380Ω。
七．超出多少纯度，声光报警
瓦斯检测仪在井下工作，对环境气体中的瓦斯浓度进行实时监测；当瓦
斯浓度超过预先设定的上限值时，系统发出声光报警。声报警通过驱动蜂鸣
器发声实现；光报警通过发光二极管闪烁实现。
分类
通常分为固定式和便携式两种。
发展
甲烷传感器是一种矿用仪器仪表，必须首先满足井下安全生产的规程，但较其他普通传感器又必须有如下主要特点：具有自动调零功能;标校可靠性更高，性能更稳定，使用更简单方便;采用高分辨率的单片机，测量的数值均准确可靠;机并具有自动稳零功能;可选择的调试菜单结构，方便调试，操作简单。现有的甲烷传感器普遍存在着功耗较大、功能单一、精确度不高的缺点，而且采用模拟电路技术，造成系统的抗干扰能力和智能化程度都很低。因此，研制便于携带、多功能、高精度和抗干扰能力强的高可靠性甲烷检测仪具有很大的应用价值。
新型的甲烷气体传感器必须具有可靠、稳定、安全的测量井下瓦斯功能，这有这样的传感器才能对预防井下安全事故起到了重要作用，也才具有推广应用的价值。 
红外传感
红外甲烷传感器是针对监测管道内甲烷气体浓度而研制的甲烷气体检测仪，该仪器采用红外吸收原理、扩散式采样、数字式温度补偿、一体化尘水分离器等技术，检测精度高、环境适应能力强、稳定可靠。适用于煤矿瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、加气站输气管路、瓦斯发电厂输气管路、城市煤气管路、天然气输气管路等甲烷气体检测。
红外甲烷传感器功能特点
采用红外吸收原理性能可靠、寿命长，调校周期>1年一体化尘水分离装置，不会因管道内含水含尘而影响检测精度特殊的气路设计，适用于正压及负压管道甲烷浓度检测采用红外遥控设置传感器参数及标定，使用简单方便温度补偿精确、精度不会因温度变化而漂移抗干扰能力强，检测精度不受水蒸汽、H2S、H2、SO2等等杂质气体影响提供频率、电流、RS-485、CAN等数据输出接口，与多种监控系统分站兼容。
技术指标
测量气体
CH4及其它碳氢气体
温度范围
-20℃ ~ +60℃
工作电源
直流：9～24V
电流：<120mA
湿度范围
0% ~99%RH
无结露情况
防爆类型
矿用本质安全型
输出信号
200~1000Hz；
4~20mA；
RS-485、CAN
量 程
0~100%体积比
响应时间
T90<20s
漂 移
<2%F.S/年
使用寿命
>5年
精 度
0~1.00%CH4：绝对误差<±0.1% CH4；
1.00~4.00% CH4：绝对误差<±0.2% CH4；
4.00~100.0% CH4：相对误差<±5%。

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