甲烷傳感器分類

通常分為固定式和便攜式兩種。

一般采用載體催化元件為檢測元件。產(chǎn)生一個(gè)與甲烷的含量成比例的微弱信號(hào)，經(jīng)過多級(jí)放大電路放大后產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，送入單片機(jī)片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換輸入口，將此模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)顯示，報(bào)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(duì)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(jì)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(hào)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(hào)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(hào)。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(gè)量程

時(shí)，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(hào)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(hào)電流　≥5μA 時(shí)，僅 R1、R2接入；信號(hào)電流<5μA時(shí)，由 89C2051 的P1.3腳控制接入R1′、R2′來檢測微弱信號(hào)?？赏ㄟ^ CS5521自校驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)自調(diào)零和增益設(shè)定。若要測每個(gè)通道信號(hào)的精確值，除2.5V量程外都需要進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)，否則可能產(chǎn)生多達(dá) 20%的增益誤差。系統(tǒng)校驗(yàn)時(shí)，外部需要提供精確基準(zhǔn)電路。校驗(yàn)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(shí)將相應(yīng)值送入各自寄存器即可。若僅需信號(hào)的相對(duì)值，可進(jìn)行在線自校驗(yàn)。整個(gè)電路由 20腳的 89C2051來控制。/CS端始終有效，SCLK為串行時(shí)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(shí)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(yàn)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(shì)。

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(dòng)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(dòng)數(shù)碼管顯示，不需要反相器等外接驅(qū)動(dòng)。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(gè)指令周期僅 200ns，有多種時(shí)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(shí)際數(shù)據(jù)通信的需要靈活應(yīng)用。

7. 集成兩個(gè)CCP 模塊。兩個(gè)CCP 模塊可以獨(dú)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(shí)現(xiàn)捕捉、比較、脈寬調(diào)制。

8. 自帶獨(dú)立的看門狗定時(shí)器(WDT)。在設(shè)計(jì)上和其它電路完全獨(dú)立，看門狗定時(shí)器自帶片內(nèi)RC 振蕩器，看門狗功能可以在芯片燒寫時(shí)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(chǔ)器。有8K 字節(jié)的可擦除Flash 程序存儲(chǔ)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(chǔ)空間，可以在傳感器調(diào)校后存儲(chǔ)零點(diǎn)、系數(shù)、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)等參數(shù)及儀器編號(hào)等信息；368字節(jié)的RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間允許進(jìn)行復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，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(shí)，顯示段碼；位選端為低電平時(shí)，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(shí)，LED1閃爍；當(dāng)瓦斯傳感器工作在高濃度檢測時(shí)，LED2閃爍。B6 和B7 輸出高電平時(shí)，LED熄滅； B6和 B7輸出低電平時(shí)，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(bào)警

瓦斯檢測儀在井下工作，對(duì)環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；當(dāng)瓦

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

器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)；光報(bào)警通過發(fā)光二極管閃爍實(shí)現(xiàn)。

☆ 具有自動(dòng)調(diào)零功能；

☆ 標(biāo)校可靠性更高，性能更穩(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；

☆ 開機(jī)并具有自動(dòng)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。

技術(shù)參數(shù)：檢測氣體：甲烷檢測原理：紅外原理檢測范圍：0～100%LEL、50%Vol、100%Vol可選分辨率：0.1%LEL（0～100%LEL）、0.01%Vol（0～100% Vol）檢測方式：泵吸式顯示方式：LCD液晶背光顯示檢測精度：±2%.FS報(bào)警方式：聲光報(bào)警(報(bào)警點(diǎn)可調(diào))響應(yīng)時(shí)間：小于30S恢復(fù)時(shí)間：小于40S線性誤差：±1.0%不確定度：2%Rd±0.1零點(diǎn)漂移：≤±2.0%FS/年跨度漂移：≤±1.0%FS/月工作電源：DC3.6V傳感器壽命：5年以上使用環(huán)境：溫度-20℃~ 70℃；相對(duì)濕度≤95%RH（非凝露）；在凝露環(huán)境下使用需訂制電池容量：3.6VDC，5000mA ,帶充電保護(hù)功能 外型尺寸：180×190×100mm(L×W×H)標(biāo)準(zhǔn)配件：0.8m采樣手柄一根，儀器箱一個(gè)，充電器一個(gè)重 量：1.5Kg

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(diǎn)：具有自動(dòng)調(diào)零功能;標(biāo)?？煽啃愿?，性能更穩(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(dòng)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?，F(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(diǎn)，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(jià)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(duì)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(jià)值。

紅外甲烷傳感器是針對(duì)監(jiān)測管道內(nèi)甲烷氣體濃度而研制的甲烷氣體檢測儀，該儀器采用紅外吸收原理、擴(kuò)散式采樣、數(shù)字式溫度補(bǔ)償、一體化塵水分離器等技術(shù)，檢測精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。適用于煤礦瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、加氣站輸氣管路、瓦斯發(fā)電廠輸氣管路、城市煤氣管路、天然氣輸氣管路等甲烷氣體檢測。

紅外甲烷傳感器功能特點(diǎn)

采用紅外吸收原理性能可靠、壽命長，調(diào)校周期>1年一體化塵水分離裝置，不會(huì)因管道內(nèi)含水含塵而影響檢測精度特殊的氣路設(shè)計(jì)，適用于正壓及負(fù)壓管道甲烷濃度檢測采用紅外遙控設(shè)置傳感器參數(shù)及標(biāo)定，使用簡單方便溫度補(bǔ)償精確、精度不會(huì)因溫度變化而漂移抗干擾能力強(qiáng)，檢測精度不受水蒸汽、H₂S、H₂、SO₂等等雜質(zhì)氣體影響提供頻率、電流、RS-485、CAN等數(shù)據(jù)輸出接口，與多種監(jiān)控系統(tǒng)分站兼容。

技術(shù)指標(biāo)

簡介

技術(shù)參數(shù)

煤礦用低濃度甲烷傳感器主要技術(shù)指標(biāo)

防爆型式：礦用本安兼隔爆型

防爆標(biāo)志：ExibdI

測量范圍：0～4.00%CH4

測量誤差：0～1.00% CH4 δ≤0.10% CH4 1.00～3.00% CH4 δ≤真值的±10% 3.00～4.00% CH4 δ≤0.30% CH4

響應(yīng)時(shí)間：小于20s

報(bào)警點(diǎn)： 0.50～3.50% CH4 可任意設(shè)置

報(bào)警方式：紅色燈光閃爍，蜂鳴器鳴叫

輸出信號(hào)：頻率200～1000Hz 電流1～5mA RS485接口，傳輸速率1200bps

斷電輸出：0/5mA電流脈沖

工作電壓：本安DC9～18V

電流： DC18V≤100mA

它可以連續(xù)自動(dòng)地將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)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(bào)警及斷電功能.經(jīng)國家防爆檢驗(yàn)機(jī)關(guān)進(jìn)行聯(lián)機(jī)檢驗(yàn)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(diǎn)固定使用。