GJC4型甲烷傳感器

測量范圍:0~4.00% CH4

基本測量誤差:

0.00~1.00% CH4 ±0.10% CH4

1.00~2.00% CH4 ±0.20% CH4

2.00~4.00% CH4 ±0.30% CH4

顯示方式:四位紅色數(shù)碼管顯示

功能顯示:1-調(diào)零； 2-調(diào)靈敏度； 3-調(diào)報警點； 4-調(diào)斷電點；5-自檢

后三位:測量數(shù)值顯示(%CH4)

信號輸出:

信號帶負(fù)載能力:0~400Ω

報警方式:二級間歇式聲光報警

聲強(qiáng)>85dB， 光強(qiáng):能見度>20m

報警點范圍:0~4%CH4連續(xù)可調(diào)

斷電點設(shè)置: 可分別定為0.50、0.75、1.00、1.25、1.5、2.0% CH4,相應(yīng)復(fù)電點分別為斷電點下限,可在0-3% CH4 范圍內(nèi)設(shè)置 。

采樣方式：擴(kuò)散式；元件檢測反應(yīng)速度：<30S

熱催化元件壽命：一年

本安參數(shù)：a）μi：18V（DC）Ii：70mA

b） Ci：0.08μF li：0mA

工作電壓: DC9-24V；工作電流: ≤85mA

防爆型式：礦用本質(zhì)安全兼隔爆型；防爆標(biāo)志:ExibdI

外形尺寸：190×114×57， 重量：700g

它可以連續(xù)自動地將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備,并具有就地顯示沼氣濃度值,超限聲光報警及斷電功能.經(jīng)國家防爆檢驗機(jī)關(guān)進(jìn)行聯(lián)機(jī)檢驗后,可與國內(nèi)各類型監(jiān)測系統(tǒng)及斷電儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置配套,適宜在煤礦采掘工作面、機(jī)電硐室、回風(fēng)巷道等地點固定使用。

甲烷傳感器是一種礦用儀器儀表，必須首先滿足井下安全生產(chǎn)的規(guī)程，但較其他普通傳感器又必須有如下主要特點：具有自動調(diào)零功能;標(biāo)?？煽啃愿撸阅芨€(wěn)定，使用更簡單方便;采用高分辨率的單片機(jī)，測量的數(shù)值均準(zhǔn)確可靠;機(jī)并具有自動穩(wěn)零功能;可選擇的調(diào)試菜單結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試，操作簡單。現(xiàn)有的甲烷傳感器普遍存在著功耗較大、功能單一、精確度不高的缺點，而且采用模擬電路技術(shù)，造成系統(tǒng)的抗干擾能力和智能化程度都很低。因此，研制便于攜帶、多功能、高精度和抗干擾能力強(qiáng)的高可靠性甲烷檢測儀具有很大的應(yīng)用價值。

新型的甲烷氣體傳感器必須具有可靠、穩(wěn)定、安全的測量井下瓦斯功能，這有這樣的傳感器才能對預(yù)防井下安全事故起到了重要作用，也才具有推廣應(yīng)用的價值。

一般采用載體催化元件為檢測元件。產(chǎn)生一個與甲烷的含量成比例的微弱信號，經(jīng)過多級放大電路放大后產(chǎn)生一個輸出信號，送入單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換輸入口，將此模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。然后單片機(jī)對此信號進(jìn)行處理，并實現(xiàn)顯示，報警等功能。

見圖1：

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(jìn)行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定、壽命長。內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)與微型機(jī)械加工、精良電路設(shè)計緊密結(jié)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(yīng)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(diào)節(jié)信號電路

四．進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

CS5521芯片為20腳 PDIP或SSOP封裝。由多路復(fù)用器、20倍斬波穩(wěn)定測量放大器，可編程增益放大器 (PGA)、帶有數(shù)字濾波器的 16位"para" label-module="para">

探測器(inGaSn,Si)是電流源，兩路信號電流分別經(jīng)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號。電容 C1、C2與電阻并聯(lián)以抑制高頻干擾。將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產(chǎn)生2.5V電壓來滿足?？紤]到所測紅外信號強(qiáng)弱差異，僅靠CS5521片內(nèi)放大器增益調(diào)節(jié)不能滿足故加開關(guān)MAX4580來改變串接電阻大小。信號電流　≥5μA 時，僅 R1、R2接入；信號電流<5μA時，由 89C2051 的P1.3腳控制接入R1′、R2′來檢測微弱信號。可通過 CS5521自校驗來實現(xiàn)自調(diào)零和增益設(shè)定。若要測每個通道信號的精確值，除2.5V量程外都需要進(jìn)行系統(tǒng)校驗，否則可能產(chǎn)生多達(dá) 20%的增益誤差。系統(tǒng)校驗時，外部需要提供精確基準(zhǔn)電路。校驗結(jié)束后，將各量程的偏置值和增益值存入 2051的程序中，在轉(zhuǎn)換量程時將相應(yīng)值送入各自寄存器即可。若僅需信號的相對值，可進(jìn)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(shù)據(jù)輸入端，SDO為CS5521數(shù)據(jù)輸出端　空閑時為高電平，高電平向低電平轉(zhuǎn)變用來指示芯片 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可取或校驗結(jié)束、

五．采用何種CPU

采用40-PIN的 PIC16F877A

1. 低功耗。靜態(tài)電流一般為2mA，睡眠狀態(tài)下最低可小于 1μA。在節(jié)能和本安方面有比較大的優(yōu)勢。

2. 工作電壓范圍寬，可在2.0～5.5V 電壓范圍內(nèi)工作。

3. 引腳驅(qū)動能力強(qiáng)，可以承受5V 電壓。引腳灌入或拉出電流都能達(dá)到25mA，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，不需要反相器等外接驅(qū)動。可任意定義I/O的輸入/輸出方向，可以設(shè)定內(nèi)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(dá)20MHz，每個指令周期僅 200ns，有多種時鐘模式。引入指令執(zhí)行流水線機(jī)制。

5. 集成有10 位，8通道的高精度 A/D轉(zhuǎn)換器，并集成片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，也可以選擇外部基準(zhǔn)電壓，不用的模擬端口還可以復(fù)用為普通數(shù)字I/O 口。

6. 集成了通用同步異步收發(fā)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(shù)據(jù)通信的需要靈活應(yīng)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(diào)制)中任意一種功能模式，用于實現(xiàn)捕捉、比較、脈寬調(diào)制。

8. 自帶獨立的看門狗定時器(WDT)。在設(shè)計上和其它電路完全獨立，看門狗定時器自帶片內(nèi)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(guān)閉，避免軟件出現(xiàn)死循環(huán)。

9，不需加裝存儲器。有8K 字節(jié)的可擦除Flash 程序存儲空間，電可擦除，可以重復(fù)燒寫大于 10萬次； 256字節(jié)的 EEPROM數(shù)據(jù)存儲空間，可以在傳感器調(diào)校后存儲零點、系數(shù)、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)等參數(shù)及儀器編號等信息；368字節(jié)的RAM 數(shù)據(jù)存儲空間允許進(jìn)行復(fù)雜的算法設(shè)計，軟件編程靈活，有利于提高儀器的精度。

六．顯示電路

數(shù)碼管選用三位紅色共陽數(shù)碼管，位選端為高電平時，顯示段碼；位選端為低電平時，數(shù)碼管熄滅。Ll、L2、L3是三位數(shù)碼管的位選端，分別接到單片機(jī)的RB3、 RB4、RBS引腳；DO～D7是數(shù)碼管的段碼引腳，分別接到單片機(jī) D口的 RDO～RD7。 RLORL7是 380Ω限流電阻。LED1和 LED2是工作狀態(tài)指示 LED。B6和 B7是控制端，直接接到單片機(jī)的RB6 和RB7 引腳。當(dāng)瓦斯傳感器工作在低濃度檢測時，LED1閃爍；當(dāng)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(fā)光。RS11和 RS12分別是 LED1和 LED2的限流保護(hù)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(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實時監(jiān)測；當(dāng)瓦

斯?jié)舛瘸^預(yù)先設(shè)定的上限值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警。聲報警通過驅(qū)動蜂鳴

器發(fā)聲實現(xiàn)；光報警通過發(fā)光二極管閃爍實現(xiàn)。