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專(zhuān)利名稱(chēng)：一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行測(cè)量的一種安全設(shè)備，更具體地講，涉及一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
目前對(duì)可燃?xì)怏w濃度的檢測(cè)常用的方法是利用催化燃燒式氣敏元件進(jìn)行檢測(cè)。催化燃燒式氣敏元件通常由帶有催化劑的對(duì)可燃?xì)怏w敏感的敏感元件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)敏感元件)和一個(gè)不帶催化劑的對(duì)可燃?xì)怏w不敏感的且與敏感元件溫度特性相近的補(bǔ)償元件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)補(bǔ)償元件)構(gòu)成元件對(duì)，將敏感元件、補(bǔ)償元件和電阻接入電橋，利用敏感元件在被測(cè)環(huán)境中自身溫度隨可燃?xì)怏w濃度變化而變化使電橋失衡輸出的信號(hào)來(lái)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度，再利用補(bǔ)償元件與敏感元件相近的溫度特性補(bǔ)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(hào)的漂移，以提高檢測(cè)的精確度。但現(xiàn)有的利用催化燃燒式氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的檢測(cè)裝置還存在以下缺陷1、零點(diǎn)漂移大。從理論上講只有當(dāng)補(bǔ)償元件與敏感元件的溫度特性完全相同時(shí)才能完全補(bǔ)償由氣敏元件引起的電橋輸出信號(hào)漂移現(xiàn)象。但目前受到生產(chǎn)技術(shù)及工藝水平的限制，要制作溫度特性完全相同的元件對(duì)是不可能的，即便相近也難乎其難，使配對(duì)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)事，導(dǎo)致實(shí)際上的元件對(duì)溫度特性差異較大，這就使得補(bǔ)償元件不能完全補(bǔ)償環(huán)境參數(shù)變化引起的電橋輸出信號(hào)漂移，直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2、檢測(cè)范圍小。現(xiàn)有方法是靠檢測(cè)敏感元件的工作溫度間接檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定值時(shí)，敏感元件的工作溫度過(guò)高，將造成其自身的永久性損壞。為此，實(shí)際應(yīng)用中都要對(duì)敏感元件進(jìn)行保護(hù)，方法是當(dāng)檢測(cè)到的可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定值時(shí)，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?xì)怏w環(huán)境中，檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度的范圍較窄。
3、穩(wěn)定性能差。由于敏感元件在檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度時(shí)工作溫度大范圍波動(dòng)，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(cè)電橋零點(diǎn)的漂移和檢測(cè)精度的改變。
4、元件損壞率高。當(dāng)檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度維持在較高水平時(shí)，現(xiàn)有檢測(cè)方法將使敏感元件一直工作在較高溫度狀態(tài)，這會(huì)造成催化劑的蒸發(fā)與變性老化，使敏感元件過(guò)早報(bào)廢。此外，雖然應(yīng)用中對(duì)敏感元件進(jìn)行了保護(hù)，但由于危險(xiǎn)環(huán)境的可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)不能停止，檢測(cè)裝置要間斷性地恢復(fù)對(duì)敏感元件的供電，以便于在可燃?xì)怏w濃度回落到對(duì)敏感元件安全的范圍內(nèi)時(shí)能繼續(xù)檢測(cè)。如果此時(shí)可燃?xì)怏w濃度仍在敏感元件檢測(cè)上限以上，則每一次試探性供電都是對(duì)敏感元件一次損害，大大降低了元件的使用壽命。
5、無(wú)法識(shí)別雙值效應(yīng)。當(dāng)檢測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度超過(guò)一定值以后，由于其擠占了空氣中氧氣的份額，使得可燃?xì)怏w過(guò)剩而不能充分燃燒，這時(shí)敏感元件的工作溫度隨可燃?xì)怏w濃度的升高而降低，請(qǐng)參見(jiàn)圖1，這樣雖然可燃?xì)怏w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)。現(xiàn)有的檢測(cè)裝置無(wú)法識(shí)別這種雙值效應(yīng)，會(huì)將一個(gè)較高的可燃?xì)怏w濃度值誤判為一個(gè)較低的濃度值，這種誤判在實(shí)際應(yīng)用中是極其危險(xiǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)裝置，它由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
它含有由敏感元件、電阻組成的電橋和補(bǔ)償元件，其中所述電橋通過(guò)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(bǔ)償元件與一個(gè)擴(kuò)展補(bǔ)償電阻并聯(lián)構(gòu)成補(bǔ)償電路或僅以補(bǔ)償元件構(gòu)成補(bǔ)償電路，恒溫控制回路與補(bǔ)償電路串聯(lián)接入一個(gè)恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測(cè)信號(hào)V1，補(bǔ)償電路輸出補(bǔ)償信號(hào)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，所述功率調(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(cè)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(cè)信號(hào)V1取至所述取樣電阻兩端的電壓信號(hào)或取至隨恒溫控制回路兩端電壓變化而變化的相關(guān)節(jié)點(diǎn)間的電壓，所述補(bǔ)償電路輸出補(bǔ)償信號(hào)V0取至補(bǔ)償元件兩端是電壓信號(hào)。
本實(shí)用新型的有益效果是1)采用對(duì)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(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)；2)采用檢測(cè)信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)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(cè)裝置具有良好的零點(diǎn)穩(wěn)定性并對(duì)雙值進(jìn)行判斷，最終得出較精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)對(duì)可燃?xì)怏w濃度變化反應(yīng)迅速、可以有效擴(kuò)展可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)范圍。


圖1是敏感元件在被測(cè)環(huán)境中自身溫度隨可燃?xì)怏w濃度變化的特性曲線(xiàn)圖2是本實(shí)用新型的電路框圖圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例的電路原理圖圖4是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的電路原理圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
對(duì)照?qǐng)D2，本實(shí)用新型由電橋、比較器、功率調(diào)節(jié)器和補(bǔ)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(bǔ)償回路串聯(lián)接入一個(gè)恒流電源電路中，由恒溫控制回路輸出一檢測(cè)信號(hào)V0，補(bǔ)償電路輸出一補(bǔ)償信號(hào)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(gè)帶有催化劑對(duì)可燃?xì)怏w敏感的元件，R1、R2、R3的阻值分別是10Ω、10KΩ、10KΩ，Rw為阻值5KΩ的電位器。電橋的檢測(cè)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的集電極連接取樣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(hào)的三極管，比較器采用1/2LM358運(yùn)算放大器。其中功率調(diào)節(jié)三極管G和取樣電阻R5(阻值10Ω)構(gòu)成了功率調(diào)節(jié)器。補(bǔ)償元件Rb與一擴(kuò)展補(bǔ)償電阻R4構(gòu)成補(bǔ)償電路，恒溫控制回路與補(bǔ)償電路相串聯(lián)接入一個(gè)120mA恒流電流電路中。在純凈的空氣中調(diào)整電橋參數(shù)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(dāng)環(huán)境參數(shù)變化或檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度使敏感元件的溫度有升高或降低的趨勢(shì)時(shí)，即Rm有增大或減小的趨勢(shì)，電橋失衡，比較器U將這一失衡信號(hào)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，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(fù)平衡狀態(tài)。為達(dá)到敏感元件在整個(gè)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(bǔ)償元件Rb與恒溫控制回路串聯(lián)，將造成敏感元件與補(bǔ)償元件初始工作電流的不平衡，為此接入了阻值為300Ω的擴(kuò)展補(bǔ)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(jiàn)與功率調(diào)節(jié)三極管串聯(lián)的取樣電阻R5兩端的電壓V1反映了環(huán)境參數(shù)或可燃?xì)怏w濃度的變化，將其與補(bǔ)償回路兩端電壓V0引出，即可取得檢測(cè)輸出信號(hào)。
圖3中的虛框部分是本實(shí)用新型連接的后繼電路，它能本實(shí)用新型輸出的檢測(cè)信號(hào)V1和補(bǔ)償信號(hào)V0進(jìn)行智能處理。將電壓信號(hào)V1和V0接入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入信號(hào)處理裝置處理。信號(hào)處理裝置是一個(gè)具有軟件運(yùn)行功能數(shù)字處理器，它能根據(jù)敏感元件和補(bǔ)償元件在初期運(yùn)行中的溫度變化規(guī)律，建立補(bǔ)償策略，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修改補(bǔ)償。并將經(jīng)數(shù)字化后的電壓信號(hào)V1和V0構(gòu)成電橋的兩個(gè)臂，用軟件模擬電橋的另兩個(gè)臂，即構(gòu)成軟電橋。從而可以動(dòng)態(tài)調(diào)整軟電橋的橋臂參數(shù)，以適應(yīng)敏感元件與補(bǔ)償元件溫度特性不完全一致的現(xiàn)實(shí)條件，取得較好的補(bǔ)償效果。同時(shí)依據(jù)V1和V0的比例特性，正確識(shí)別可燃?xì)怏w檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的雙值效應(yīng)，從而提高檢測(cè)儀器的使用安全性。經(jīng)信號(hào)處理裝置處理的檢測(cè)信號(hào)由LED數(shù)碼管組成的顯示電路顯示，并送輸出電路用于對(duì)外聯(lián)機(jī)或就地報(bào)警。
本實(shí)用新型還可設(shè)計(jì)成圖4所示的電路裝置。其電路組成與圖4的所示的電路組成一致，所不同的是V1的引出端不一樣，取至功率調(diào)節(jié)三極管G的發(fā)射極(即c節(jié)點(diǎn))和取樣電阻一端(即d節(jié)點(diǎn))的電壓信號(hào)。根據(jù)上述的電路原理，這一電壓信號(hào)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?xì)怏w濃度的變化值。
權(quán)利要求1.一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)裝置，含有由敏感元件、電阻組成的電橋和補(bǔ)償元件，其特征在于所述電橋通過(guò)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(bǔ)償元件與一個(gè)擴(kuò)展補(bǔ)償電阻并聯(lián)構(gòu)成補(bǔ)償電路或僅以補(bǔ)償元件構(gòu)成補(bǔ)償電路，恒溫控制回路與補(bǔ)償電路串聯(lián)接入一個(gè)恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測(cè)信號(hào)V1，補(bǔ)償電路輸出補(bǔ)償信號(hào)V0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)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(cè)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?xì)怏w濃度檢測(cè)裝置，其特征在于所述恒溫控制回路輸出檢測(cè)信號(hào)V1是取自所述取樣電阻兩端的電壓信號(hào)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(diǎn)間的電壓信號(hào)，所述補(bǔ)償電路輸出補(bǔ)償信號(hào)V0是取自補(bǔ)償元件兩端的電壓信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種恒溫式可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)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(bǔ)償元件，其中所述電橋通過(guò)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(bǔ)償元件與一個(gè)擴(kuò)展補(bǔ)償電阻并聯(lián)構(gòu)成補(bǔ)償電路或僅以補(bǔ)償元件構(gòu)成補(bǔ)償電路，恒溫控制回路與補(bǔ)償電路串聯(lián)接入一個(gè)恒流電源電路中，恒溫控制回路輸出檢測(cè)信號(hào)V1，補(bǔ)償電路輸出補(bǔ)償信號(hào)V0。優(yōu)點(diǎn)是1)使敏感元件始終工作在恒溫狀態(tài)，長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)；2)采用檢測(cè)信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)分別輸出，便于后繼電路的智能處理，使檢測(cè)裝置具有良好的零點(diǎn)穩(wěn)定性并對(duì)雙值進(jìn)行判斷，最終得出較精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)對(duì)可燃?xì)怏w濃度變化反應(yīng)迅速、可以有效擴(kuò)展可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)范圍。
文檔編號(hào)G01N27/16GK2836004SQ20052007355
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:趙飛