專利名稱：一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對可燃氣體濃度進行測量的一種安全設(shè)備，更具體地講，涉及一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前對可燃氣體濃度的檢測常用的方法是利用催化燃燒式氣敏元件進行檢測。催化燃燒式氣敏元件通常由帶有催化劑的對可燃氣體敏感的敏感元件(以下簡稱敏感元件)和一個不帶催化劑的對可燃氣體不敏感的且與敏感元件溫度特性相近的補償元件(以下簡稱補償元件)構(gòu)成元件對，將敏感元件、補償元件和電阻接入電橋，利用敏感元件在被測環(huán)境中自身溫度隨可燃氣體濃度變化而變化使電橋失衡輸出的信號來檢測可燃氣體濃度，再利用補償元件與敏感元件相近的溫度特性補償敏感元件由于環(huán)境參數(shù)變化而引起的電橋輸出信號的漂移，以提高檢測的精確度。但現(xiàn)有的利用催化燃燒式氣敏元件檢測可燃氣體濃度的檢測裝置還存在以下缺陷1、零點漂移大。從理論上講只有當補償元件與敏感元件的溫度特性完全相同時才能完全補償由敏感元件溫度特性引起的電橋輸出信號漂移現(xiàn)象。但目前受到生產(chǎn)技術(shù)及工藝水平的限制，成品氣敏元件對的溫度離散性較大，而現(xiàn)有檢測方法無法對其進行二次補償，導致檢測裝置對零點漂移不能進行有效控制，直接影響檢測結(jié)果的準確性。
2、檢測范圍小?，F(xiàn)有方法是靠檢測敏感元件的工作溫度間接檢測可燃氣體濃度，當可燃氣體濃度達到一定值時，敏感元件的工作溫度過高，將造成其自身的永久性損壞。為此，實際應(yīng)用中都要對敏感元件進行保護，方法是當檢測到的可燃氣體濃度達到一定值時，停止向敏感元件供電。這就限制敏感元件只能工作于低濃度可燃氣體環(huán)境中，檢測可燃氣體濃度的范圍較窄。
3、穩(wěn)定性能差。由于敏感元件在檢測可燃氣體濃度時工作溫度大范圍波動，使得敏感元件上由于不完全燃燒產(chǎn)生的積碳結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定，這將直接造成檢測電橋零點的漂移和檢測精度的改變。
4、元件損壞率高。當檢測環(huán)境中可燃氣體濃度維持在較高水平時，現(xiàn)有檢測方法將使敏感元件一直工作在較高溫度狀態(tài)，這會造成催化劑的蒸發(fā)與變性老化，使敏感元件過早報廢。此外，雖然應(yīng)用中對敏感元件進行了保護，但由于危險環(huán)境的可燃氣體濃度監(jiān)測不能停止，檢測裝置要間斷性地恢復對敏感元件的供電，以便于在可燃氣體濃度回落到對敏感元件安全的范圍內(nèi)時能繼續(xù)檢測。如果此時可燃氣體濃度仍在敏感元件檢測上限以上，則每一次試探性供電都是對敏感元件一次損害，大大降低了元件的使用壽命。
5、無法識別雙值效應(yīng)。當檢測環(huán)境中可燃氣體濃度超過一定值以后，由于其擠占了空氣中氧氣的份額，使得可燃氣體過剩而不能充分燃燒，這時敏感元件的工作溫度隨可燃氣體濃度的升高而降低，請參見圖1，這樣雖然可燃氣體的濃度不同，但敏感元件感應(yīng)出的溫度值卻可能相同，這就是雙值效應(yīng)?，F(xiàn)有的檢測裝置無法識別這種雙值效應(yīng)，會將一個較高的可燃氣體濃度值誤判為一個較低的濃度值，這種誤判在實際應(yīng)用中是極其危險的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置，它由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)它含有由敏感元件、電阻組成的電橋和補償元件，其中所述電橋通過比較器與功率調(diào)節(jié)器連接構(gòu)成恒溫控制回路，所述補償元件與一個擴展補償電阻并聯(lián)構(gòu)成補償電路或僅以補償元件構(gòu)成補償電路，恒溫控制回路與補償電路串聯(lián)接入一個恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測信號V1，補償電路輸出補償信號V0。
所述恒溫控制回路中的功率調(diào)節(jié)器是功率調(diào)節(jié)三極管串接取樣電阻或是功率調(diào)節(jié)三極管，功率調(diào)節(jié)器與電橋的電源輸入端并聯(lián)，所述比較器的輸入端與電橋的檢測輸出端連接，其輸出端連接功率調(diào)節(jié)器的控制端。
所述恒溫控制回路輸出檢測信號V1是取自所述取樣電阻兩端的電壓信號或取自隨恒溫控制回路兩端電壓變化而變化的相關(guān)節(jié)點間的電壓信號，所述補償電路輸出補償信號V0是取自補償元件兩端的電壓信號。
本發(fā)明的有益效果是1)采用對敏感元件的功率調(diào)節(jié)，使敏感元件始終工作在恒溫狀態(tài)，從而使其長期工作的穩(wěn)定性好、使用壽命長；2)采用檢測信號和補償信號分別輸出，這給后繼電路的智能處理提供了極大的想象空間，利用軟電橋技術(shù)，使檢測裝置具有良好的零點穩(wěn)定性并對檢測雙值進行準確判斷，最終得出較精準的檢測結(jié)果，同時對可燃氣體濃度變化反應(yīng)迅速、可以有效擴展可燃氣體濃度檢測范圍。


圖1是傳統(tǒng)檢測裝置中敏感元件溫度變化特性曲線圖2是本發(fā)明的電路框3是本發(fā)明一實施例的電路原理4是本發(fā)明另一實施例的電路原理圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
對照圖2，本發(fā)明由電橋、比較器、功率調(diào)節(jié)器和補償電路組成。比較器連接電橋和功率調(diào)節(jié)器構(gòu)成恒溫控制回路，恒溫控制回路與補償電路串聯(lián)接入一個恒流電源電路路中，由恒溫控制回路輸出一檢測信號V0，補償電路輸出一補償信號V1。
結(jié)合圖3，電橋由敏感元件Rm和電阻R1、R2、R3、Rw構(gòu)成，Rm是一個帶有催化劑的敏感元件，R1、R2、R3、Rw的阻值分別是10Ω、10K、10K、5K。電橋的檢測輸出端e、f連接比較器U的輸入端，比較器U的輸出端與功率調(diào)節(jié)三極管G的控制極連接，功率調(diào)節(jié)三極管G的輸出極連接電阻R5再與電橋的電源輸入端c、d并聯(lián)，構(gòu)成閉環(huán)恒溫控制回路。上述回路中功率調(diào)節(jié)三極管G采用BD137型號的三極管，比較器采用1/2LM358運算放大器。其中功率調(diào)節(jié)三極管G和電阻R5構(gòu)成了功率調(diào)節(jié)器。補償元件Rb與一擴展補償電阻R4構(gòu)成補償電路，恒溫控制回路與補償電路相串聯(lián)接入一個120mA恒流電源電路中。在純凈的空氣中調(diào)整Rw使功率調(diào)節(jié)三極管中流有初始工作電流，電橋處于平衡狀態(tài)；當環(huán)境參數(shù)變化或檢測可燃氣體濃度使敏感元件的溫度有升高或降低的趨勢時，即Rm有增大或減小的趨勢，電橋失衡，比較器U將這一失衡信號放大并輸出至功率調(diào)節(jié)三極管G的控制極，使流經(jīng)功率調(diào)節(jié)三極管的電流增加或減少，由于是采用恒流供電，電流通道的總電流為定值，所以流經(jīng)敏感元件Rm這一支路的電流將相應(yīng)的減少或增加，從而使敏感元件保持恒溫狀態(tài)，即Rm的電阻值保持不變，電橋恢復平衡狀態(tài)。為達到敏感元件在整個工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)(一般為0℃～40℃)均有良好的恒溫效果的目的，功率調(diào)節(jié)三極管中必須流有初始工作電流，如果直接將補償元件Rb與恒溫控制回路串聯(lián)，將造成敏感元件與補償元件初始工作電流的不平衡，為此接入擴展補償電阻R4，如果這種不平衡差異很小，R4也可以不接。顯而易見與功率調(diào)節(jié)三極管串聯(lián)的電阻R5兩端的電壓V1反映了環(huán)境參數(shù)或可燃氣體濃度的變化，將其與補償電路兩端電壓V0引出，即可取得檢測輸出信號。
圖3中的虛框部分是本發(fā)明連接的后繼電路，它能對本發(fā)明輸出的檢測信號V1和補償信號V0進行智能處理。將電壓信號V1和V0接入A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入信號處理裝置處理。信號處理裝置是一個具有軟件運行功能數(shù)字處理器，它能根據(jù)敏感元件和補償元件在初期運行中的溫度變化規(guī)律，建立補償策略，自動對相關(guān)補償參數(shù)進行修正。并將經(jīng)數(shù)字化后的電壓信號V1和V0構(gòu)成電橋的兩個臂，用軟件模擬電橋的另兩個臂，即構(gòu)成軟電橋。從而可以動態(tài)調(diào)整軟電橋的橋臂參數(shù)，以適應(yīng)敏感元件與補償元件溫度特性不完全一致的現(xiàn)實條件，取得較好的補償效果。同時依據(jù)V1和V0的比例特性，正確識別可燃氣體檢測過程中出現(xiàn)的雙值效應(yīng)，從而提高檢測儀器的使用安全性。經(jīng)信號處理裝置處理的檢測信號由LED數(shù)碼管組成的顯示電路顯示，并送輸出電路用于對外聯(lián)機或就地報警。
本發(fā)明還可設(shè)計成圖4所示的電路裝置。其電路組成與圖3所示的電路組成基本一致，所不同的是V1的引出端不一樣，取自恒溫控制回路兩端即c節(jié)點和d節(jié)點間的電壓信號。根據(jù)上述的電路原理，這一電壓信號V1是隨溫控制回路兩端電壓變化而變化的，它反映了環(huán)境參數(shù)或可燃氣體濃度的變化值。
權(quán)利要求
1.一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置，含有由敏感元件、電阻組成的電橋和補償元件，其特征在于所述電橋通過比較器與功率調(diào)節(jié)器連接構(gòu)成恒溫控制回路，所述補償元件與一個擴展補償電阻并聯(lián)構(gòu)成補償電路或僅以補償元件構(gòu)成補償電路，恒溫控制回路與補償電路串聯(lián)接入一個恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測信號V1，補償電路輸出補償信號V0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置，其特征在于所述恒溫控制回路中的功率調(diào)節(jié)器是功率調(diào)節(jié)三極管串接取樣電阻或是功率調(diào)節(jié)三極管，功率調(diào)節(jié)器與電橋的電源輸入端并聯(lián)，所述比較器的輸入端與電橋的檢測輸出端連接，其輸出端連接功率調(diào)節(jié)器的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置，其特征在于所述恒溫控制回路輸出檢測信號V1是取自所述取樣電阻兩端的電壓信號或取自隨恒溫控制回路兩端電壓變化而變化的相關(guān)節(jié)點間的電壓信號，所述補償電路輸出補償信號V0是取自補償元件兩端的電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種恒溫式可燃氣體濃度檢測裝置。其技術(shù)方案為它含有由敏感元件、電阻組成的電橋和補償元件，其中所述電橋通過比較器與功率調(diào)節(jié)器連接構(gòu)成恒溫控制回路，所述補償元件與一個擴展補償電阻并聯(lián)構(gòu)成補償電路或僅以補償元件構(gòu)成補償電路，恒溫控制回路與補償電路串聯(lián)接入一個恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測信號V1，補償電路輸出補償信號V0。優(yōu)點是1)使敏感元件始終工作在恒溫狀態(tài)，長期工作的穩(wěn)定性好、使用壽命長；2)采用檢測信號和補償信號分別輸出，便于后繼電路的智能處理，使檢測裝置具有良好的零點穩(wěn)定性并對雙值進行判斷，最終得出較精準的檢測結(jié)果，同時對可燃氣體濃度變化反應(yīng)迅速、可以有效擴展可燃氣體濃度檢測范圍。
文檔編號G01N27/14GK1715897SQ20051004099
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者趙飛 申請人:趙飛