新型全量程甲烷检测仪的研究与设计

论文摘要

目前广泛使用的热催化燃烧型瓦斯(主要成分是甲烷)检测仪存在的主要问题是传感器漂移大,维护周期短,并且维护方法复杂、成本较高,抗干扰能力较差。普通全量程瓦斯检测仪采用载体催化元件和二元热导元件相结合的检测机制,低浓度检测时使用载体催化元件,高浓度检测时使用二元热导元件,电路结构较复杂,量程不连续。本文借助于电子技术、传感器技术、信号处理技术,研制一种新型全量程瓦斯检测仪,对瓦斯浓度进行实时检测,对瓦斯传感器进行自动校零、非线性补偿。在全量程检测的处理上,利用单一的热催化载体元件,采用低浓度检测和高浓度检测两种不同检测机制,模仿数字万用表的自动档位变换,在检测过程中传感器自动变换档位,高低两端量程衔接连续,节约了成本,降低了仪器的复杂程度,初步的解决了催化元件的“双值”问题,单元件全量程测量以及载体催化测量仪器“激活”的难题。在硬件研制方面,设计了电源电路、加热采样电路、通信电路、红外遥控电路、信号输出电路以及单片机系统等。选用了集A╱D转换、数据存储与CCP模块于一体的PIC16F877A低功耗单片机,采用单一的普通热催化燃烧型载体元件实现全量程检测,不仅使得瓦斯检测实现了数字化、智能化,而且使系统结构简单、功耗降低;采用红外遥控调校,不仅使得系统体积减小,而且提高了系统的保密性和抗干扰能力。在软件开发方面,设计了软件滤波程序、软件零点校正程序、分段校正程序等。采用软件滤波技术,提高了信噪比;提出了软件零点校正方法,有效地抑制了零点飘移,提高了检测的准确性;提出了利用分段校正方法对传感器进行非线性校正,提高了报警的可靠性。本文研制的新型全量程瓦斯检测仪已经过实验室调试,结果表明,系统体积小,功耗低,易维护,系统数据处理能力强,检测精度高,抗干扰能力强,实现了瓦斯检测的数字化。恒温瓦斯检测技术不仅能够满足瓦斯检测仪的使用要求,而且可以应用到其他需要进行瓦斯检测的场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的意义和主要工作
• 1.3.1 研究的意义
• 1.3.2 主要工作
• 第2章 系统的总体设计
• 2.1 设计要求
• 2.2 瓦斯检测的原理
• 2.2.1 载体催化元件
• 2.2.2 传统检测原理
• 2.2.3 开关式恒温瓦斯检测技术
• 2.3 瓦斯检测仪的基本组成
• 2.4 本设计的防爆技术
• 2.4.1 本安仪表的基本设计要求
• 2.4.2 本系统采用的防爆措施
• 第3章 硬件电路设计
• 3.1 单片机的选型
• 3.2 元器件选型
• 3.2.1 电源芯片
• 3.2.2 A/D转换器
• 3.2.3 通信芯片选型
• 3.2.4 蜂鸣器选型
• 3.2.5 遥控接收头选型
• 3.3 硬件电路的设计
• 3.3.1 加热采样电路的设计
• 3.3.2 电源模块的设计
• 3.3.3 单片机辅助电路的设计
• 3.3.4 红外接收电路的设计
• 3.3.5 声光报警电路
• 3.3.6 显示电路
• 3.3.7 电流/频率输出电路
• 3.3.8 通信电路的设计
• 3.3.9 开关量输出电路
• 3.3.10 瓦斯检测仪总体电路图
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 软件设计概述
• 4.2 红外遥控解码
• 4.3 气体浓度检测
• 4.4 EEPROM读写
• 4.5 输出制式信号
• 4.6 通信模块
• 4.7 检测仪的标定
• 第5章 仪器分析及改进方案
• 5.1 瓦斯传感器的可靠性
• 5.1.1 催化传感元件动态配对工艺
• 5.1.2 新型检测方法
• 5.1.3 灵敏度自动调校
• 5.2 非线性补偿
• 5.2.1 平均值滤波程序
• 5.2.2 非线性补偿
• 5.3 零点漂移分析及其抑制
• 5.4 技术指标及仪器比较
• 5.5 硬件系统的改进
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学习期间发表的学术论文
• 附录