专利名称：毒性气体变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以实时检测危险工作环境中毒性气体浓度的变送器。
背景技术：
目前的毒性气体变送器，一般采用的传感器主要有两种半导体式传感器和电化学式传感器。其中，半导体式传感器的气体选择性较差，受温度影响较大，检测的气体最低浓度在几百PPM以上，所以在现场气体情况复杂，环境变化较大，检测精度要求高的情况下，不能满足检测要求。而电化学式传感器的气体选择性较强，受温、湿度影响较小，检测的气体浓度可达0.1PPM，但电化学传感器的寿命较短，一般只有两年，且检测不同种类的毒气要使用不同的传感器。由于不同种类毒性气体的传感器的外形结构和接线方式是相同的，只是检测的气体不同时对气体的灵敏度也不同。在危险场所气体变送器要采用防爆壳体，而在现场打开防爆壳体进行标定是非常不安全的。在目前现有的有害气体检测器中使用半导体器件作为检测元件的较多，但它不能达到1PPM测量精度的要求。而采用电化学传感器作为检测元件的不多，且在电路设计中只注意了信号的后续处理，而在针对于电化学传感器本身的寿命短、灵敏度随时间变化、传感器更换频繁等缺点没有进行处理。例如中国专利98212325.6，《一氧化碳报警器》，它采用热线式半导体敏感元件，它造价低，只适合普通家庭用，但是仍存在精度较低，受环境影响较大的缺点。
实用新型内容本实用新型研制了一种可靠性和实用性强的毒性气体变送器，本实用新型大大减少了日常维护、标定的工作量，操作简单，能方便调整电化学传感器的灵敏度，增加了变送器的可靠性。本实用新型由防爆壳体1、传感器2、信号控制电路板3组成，传感器2和信号控制电路板3均安装在防爆壳体1内；所述的传感器2由参考极A1、敏感极A2、收集极A3、识别电阻R、开关K组成；所述的信号控制电路板3由CPU控制板3-1、传感器控制板3-2组成；所述的传感器控制板3-2由电化学传感器自动识别电路3-2-3、寿命自动记忆电路3-2-2、毒气信号采集电路3-2-1、插排E1组成；插排E1的1脚接电源+Ec，插排E1的8脚接地。所述的毒气信号采集电路3-2-1由六个电阻R1-R6、三个运算放大器M1-M3、电容C1、场效应管Q1组成，场效应管Q1的栅极接电源+Ec，场效应管Q1的源极接传感器2的参考极A1，场效应管Q1的漏极接传感器2的敏感极A2；运算放大器M1的反相输入端经电阻R1接传感器2的敏感极A2，运算放大器M1的反相输入端经电阻R3接运算放大器M1的信号输出端和插排E1的2脚；运算放大器M1的同相输入端接运算放大器M3的信号输出端和反相输入端，运算放大器M3的同相输入端接电阻R5、R4的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端接电阻R6的一端和稳压管DW1的负极，电阻R6的另一端接电源+Ec，稳压管DW1的正极接地；运算放大器M2的信号输出端接传感器2的收集极A3，运算放大器M2的同相输入端接运算放大器M3的信号输出端，运算放大器M2的反相输入端接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端接传感器2的参考极A1，电容C1的另一端接运算放大器M2的信号输出端；所述的电化学传感器自动识别电路3-2-3由两个电阻R7、R8、运算放大器M4、识别电阻R组成，运算放大器M4的同相输入端接电阻R7、R8的一端和传感器2中识别电阻R的一端，识别电阻R的另一端和电阻R8的另一端接地，电阻R7的另一端接电源+Ec，运算放大器M4的反相输入端接运算放大器M4的信号输出端和插排E1的3脚；所述的寿命自动记忆电路3-2-2由时钟芯片IC1、晶体振荡器X1、电池组BAT组成，时钟芯片IC1的电源端接电池组BAT的正极，电池组BAT的负极接地，时钟芯片IC1的2、3脚接晶体振荡器X1的两端，时钟芯片IC1的信号输入端接传感器2的开关K的一端，开关K的另一端接插排E1的4脚，时钟芯片IC1的信号输出端接插排E1的5、6脚。工作原理传感器控制板3-2和传感器2采集信号经运算放大后送入CPU控制板3-1，由CPU控制板3-1根据被测气体的不同调节传感器中识别电阻R的电压，而且CPU控制板3-1根据时钟芯片IC1的时间，计算出传感器的使用时间，当使用到超过一定期限时将自动调节输出电压的大小。本实用新型可靠性和实用性都非常高，在控制电路中加入由识别电阻R与运算放大器M4组成的电化学传感器自动识别电路。根据不同电化学传感器上的识别电阻R电阻阻值的不同，当接入不同气体的电化学传感器时，在运算放大器M4的输出端产生不同的电压变化，并输出到CPU板，经压频转换，CPU根据频率的不同自动区分不同气体的电化学传感器。在传感器控制板3-2中加入由开关K与时钟电路IC3组成寿命自动记忆电路，自动记录传感器使用时间。当接入电化学传感器后，电化学传感器上的开关K将控制电路中时钟电路IC1与CPU控制板3-1接通，CPU可随时读出传感器使用的年、月、日、时间，CPU控制板3-1根据所记录的时间长短，自动改变传感器的补偿灵敏度，或提示更换传感器。本实用新型的有益效果是1、增加了电化学传感器自动识别电路后，当更换不同种类的气体传感器时，CPU可根据电化学传感器种类的不同，将传感器的参数，如显示气体类型、数字放大倍数、报警设置值等自动转换，使变送器大大减少了日常维护、标定的工作量，操作十分简单。2、增加了电化学传感器寿命自动识别电路后，当电化学传感器的使用时间超过寿命周期后，将显示超期标志，同时每隔一定时间，调整电化学传感器的灵敏度，增加了变送器的可靠性。
图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型中信号控制电路板3和传感器2的电路结构示意图。
具体实施方式
本具体实施方式
如图1、2所示，它由防爆壳体1、传感器2、信号控制电路板3组成，传感器2和信号控制电路板3均安装在防爆壳体1内；所述的传感器2由参考极A1、敏感极A2、收集极A3、识别电阻R、开关K组成；所述的信号控制电路板3由CPU控制板3-1、传感器控制板3-2组成；所述的传感器控制板3-2由电化学传感器自动识别电路3-2-3、寿命自动记忆电路3-2-2、毒气信号采集电路3-2-1、插排E1组成；插排E1的1脚接电源+Ec，插排E1的8脚接地。所述的毒气信号采集电路3-2-1由六个电阻R1-R6、三个运算放大器M1-M3、电容C1、场效应管Q1组成，场效应管Q1的栅极接电源+Ec，场效应管Q1的源极接传感器2的参考极A1，场效应管Q1的漏极接传感器2的敏感极A2；运算放大器M1的反相输入端2脚经电阻R1接传感器2的敏感极A2，运算放大器M1的反相输入端2脚经电阻R3接运算放大器M1的信号输出端1脚和插排E1的2脚；运算放大器M1的同相输入端3脚接运算放大器M3的信号输出端1脚和反相输入端2脚，运算放大器M3的同相输入端3脚接电阻R5、R4的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端接电阻R6的一端和稳压管DW1的负极，电阻R6的另一端接电源+Ec，稳压管DW1的正极接地；运算放大器M2的信号输出端7脚接传感器2的收集极A3，运算放大器M2的同相输入端5脚接运算放大器M3的信号输出端1脚，运算放大器M2的反相输入端6脚接电阻R2的一端和电容C1的一端，电阻R2的另一端接传感器2的参考极A1，电容C1的另一端接运算放大器M2的信号输出端7脚；所述的电化学传感器自动识别电路3-2-3由两个电阻R7、R8、运算放大器M4、识别电阻R组成，运算放大器M4的同相输入端5脚接电阻R7、R8的一端和传感器2中识别电阻R的一端，识别电阻R的另一端和电阻R8的另一端接地，电阻R7的另一端接电源+Ec，运算放大器M4的反相输入端6脚接运算放大器M4的信号输出端7脚和插排E1的3脚；所述的寿命自动记忆电路3-2-2由时钟芯片IC1、晶体振荡器X1、电池组BAT组成，时钟芯片IC1选用DS1302型号，时钟芯片IC1的电源端1脚接电池组BAT的正极，电池组BAT的负极接地，时钟芯片IC1的2、3脚接晶体振荡器X1的两端，时钟芯片IC1的信号输入端7脚接传感器2的开关K的一端，开关K的另一端接插排E1的4脚，时钟芯片IC1的信号输出端接插排E1的5、6脚，时钟芯片IC1的4、8脚接地。所述的CPU控制板由3-1单片机IC3、电压电流转换芯片IC2、两个电压芯片IC5、IC6、复位芯片IC4、十三个电阻R9-R21、十一个电容C2-C12、场效应管Q2、阻排RD、显示装置LCD、晶体振荡器X2、三个开关K1-K3、二极管D1、插座E2组成，单片机IC3选用97C2051型号，电压电流转换芯片IC2选用XTR110型号，电压芯片IC5、IC6选用LM331型号，复位芯片IC4选用X25045型号，单片机IC3的1脚接复位芯片IC4的7脚和电阻R17的一端，电阻R17的另一端接地，复位芯片IC4的4脚接地，复位芯片IC4的3脚、8脚接电源+Ec，复位芯片IC4的8脚经电容C9接地，复位芯片IC4的1、2、5、6脚与单片机IC3的19、18、16、17脚一一对应相连接；单片机IC3的2脚接插座E2的5脚；单片机IC3的3脚接插座E2的4脚；单片机IC3的4、5脚分别接晶体振荡器X2的两端，单片机IC3的4、5脚分别经电容C10、C11接地；单片机IC3的6脚接电压芯片IC5的信号输出端3脚，电压芯片IC5的4脚接地，电压芯片IC5的2脚经电阻R13接地，电压芯片IC5的8脚接电源+Ec，电压芯片IC5的1脚接电压芯片IC5的6脚、电容C5的一端及电阻R12的一端，电阻R12的另一端和电容C5的另一端接地，电压芯片IC5的5脚接电容C6的一端和电阻R21的一端，电容C6的另一端接地，电阻R21的另一端接电源+Ec，电压芯片IC5的信号输入端7脚接插座E2的2脚；单片机IC3的7脚接电压芯片IC6的信号输出端3脚，电压芯片IC6的4脚接地，电压芯片IC6的2脚经电阻R14接地，电压芯片IC5的8脚接电源+Ec，电压芯片IC6的1脚接电压芯片IC6的6脚、电容C7的一端及电阻R16的一端，电阻R16的另一端和电容C7的另一端接地，电压芯片IC6的5脚接电容C8的一端和电阻R15的一端，电容C8的另一端接地，电阻R15的另一端接电源+Ec，电压芯片IC6的信号输入端7脚接插座E2的3脚，插座E2的8脚接电源+Ec，插座E2的1脚接地；单片机IC3的8、9、11分别接开关K3、K2、K1的动接点，开关K3、K2、K1的定接点都接地，单片机IC3的8、9、11分别经电阻R18、R19、R20接电源+Ec；单片机IC3的10脚接地；单片机IC3的信号输出端12、13脚接显示装置LCD的信号输入端；单片机IC3的14脚接插座E2的6脚；单片机IC3的15脚接电容C4的一端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接电阻R10的一端和电容C3的一端，电容C3、C4的另一端接地，电阻R10另一端接电压电流转换芯片IC2的信号输入端5脚，电压电流转换芯片IC2的电源端16脚接电源+Ec，电压电流转换芯片IC2的2脚接地，电压电流转换芯片IC2的3、4脚经电阻R9接电压电流转换芯片IC2的8脚，电压电流转换芯片IC2的1、13脚接场效应管Q2的漏极，场效应管Q2的栅极接电压电流转换芯片IC2的14脚，场效应管Q2源极接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电源+V；单片机IC3的电源端20脚接电源+Ec和电容C12的一端，电容C12的另一端接地；单片机IC3的12、13、14、15、16、17、18、19脚与阻排RD的8、7、6、5、4、3、2、1脚一一对应相连接，阻排RD的9、10、11、12、13、14、15、16脚都接电源+Ec。使用时将插排E1和插座E2相互插接插接即可。
权利要求1.毒性气体变送器，它由防爆壳体(1)、传感器(2)、信号控制电路板(3)组成，传感器(2)和信号控制电路板(3)均安装在防爆壳体(1)内；所述的传感器(2)由参考极(A1)、敏感极(A2)、收集极(A3)、识别电阻(R)、开关(K)组成；所述的信号控制电路板(3)由CPU控制板(3-1)、传感器控制板(3-2)组成；其特征在于所述的传感器控制板(3-2)由电化学传感器自动识别电路(3-2-3)、寿命自动记忆电路(3-2-2)、毒气信号采集电路(3-2-1)、插排(E)1组成；插排(E1)的(1)脚接电源(+Ec)，插排(E1)的(8)脚接地；所述的毒气信号采集电路(3-2-1)由六个电阻(R1)-(R6)、三个运算放大器(M1)-(M3)、电容(C1)、场效应管(Q1)组成，场效应管(Q1)的栅极接电源(+Ec)，场效应管(Q1)的源极接传感器(2)的参考极(A1)，场效应管(Q1)的漏极接传感器(2)的敏感极(A2)；运算放大器(M1)的反相输入端经电阻(R1)接传感器(2)的敏感极(A2)，运算放大器(M1)的反相输入端经电阻(R3)接运算放大器(M1)的信号输出端和插排(E1)的(2)脚；运算放大器(M1)的同相输入端接运算放大器(M3)的信号输出端和反相输入端，运算放大器(M3)的同相输入端接电阻(R5)、(R4)的一端，电阻(R5)的另一端接地，电阻(R4)的另一端接电阻(R6)的一端和稳压管(DW1)的负极，电阻(R6)的另一端接电源(+Ec)，稳压管(DW1)的正极接地；运算放大器(M2)的信号输出端接传感器(2)的收集极(A3)，运算放大器(M2)的同相输入端接运算放大器(M3)的信号输出端，运算放大器(M2)的反相输入端接电阻(R2)的一端和电容(C1)的一端，电阻(R2)的另一端接传感器(2)的参考极(A1)，电容(C1)的另一端接运算放大器(M2)的信号输出端；所述的电化学传感器自动识别电路(3-2-3)由两个电阻(R7)、(R8)、运算放大器(M4)、识别电阻(R)组成，运算放大器(M4)的同相输入端接电阻(R7)、(R8)的一端和传感器(2)中识别电阻(R)的一端，识别电阻(R)的另一端和电阻(R8)的另一端接地，电阻(R7)的另一端接电源(+Ec)，运算放大器(M4)的反相输入端接运算放大器(M4)的信号输出端和插排(E1)的(3)脚；所述的寿命自动记忆电路(3-2-2)由时钟芯片(IC1)、晶体振荡器(X1)、电池组(BAT)组成，时钟芯片(IC1)的电源端接电池组(BAT)的正极，电池组(BAT)的负极接地，时钟芯片(IC1)的(2)、(3)脚接晶体振荡器(X1)的两端，时钟芯片(IC1)的信号输入端接传感器(2)的开关(K)的一端，开关(K)的另一端接插排(E1)的(4)脚，时钟芯片(IC1)的信号输出端接插排(E1)的(5)、(6)脚。
2.根据权利要求1所述的毒性气体变送器，其特征在于所述的CPU控制板由(3-1)单片机(IC3)、电压电流转换芯片(IC2)、两个电压芯片(IC)5、(IC6)、复位芯片(IC4)、十三个电阻(R9)-(R21)、十一个电容(C2)-(C12)、场效应管(Q2)、阻排(RD)、显示装置(LCD)、晶体振荡器(X2)、三个开关(K1)-(K3)、二极管(D1)、插座(E2)组成，单片机(IC3)的(1)脚接复位芯片(IC4)的(7)脚和电阻(R17)的一端，电阻(R17)的另一端接地，复位芯片(IC4)的(4)脚接地，复位芯片(IC4)的(3)脚、(8)脚接电源(+Ec)，复位芯片(IC4)的(8)脚经电容(C9)接地，复位芯片(IC4)的(1)、(2)、(5)、(6)脚与单片机(IC3)的(19)、(18)、(16)、(17)脚一一对应相连接；单片机(IC3)的(2)脚接插座(E2)的(5)脚；单片机(IC3)的(3)脚接插座(E2)的(4)脚；单片机(IC3)的(4)、(5)脚分别接晶体振荡器(X2)的两端，单片机(IC3)的(4)、(5)脚分别经电容(C10)、(C11)接地；单片机(IC3)的(6)脚接电压芯片(IC5)的信号输出端(3)脚，电压芯片(IC5)的(4)脚接地，电压芯片(IC5)的(2)脚经电阻(R13)接地，电压芯片(IC5)的(8)脚接电源(+Ec)，电压芯片(IC5)的(1)脚接电压芯片(IC5)的(6)脚、电容(C5)的一端及电阻(R12)的一端，电阻(R12)的另一端和电容(C5)的另一端接地，电压芯片(IC5)的(5)脚接电容(C6)的一端和电阻(R21)的一端，电容(C6)的另一端接地，电阻(R21)的另一端接电源(+Ec)，电压芯片(IC5)的信号输入端(7)脚接插座(E2)的(2)脚；单片机(IC3)的(7)脚接电压芯片(IC6的信号输出端(3)脚，电压芯片(IC6的(4脚接地，电压芯片(IC6)的(2)脚经电阻(R14)接地，电压芯片(IC5)的(8)脚接电源(+Ec)，电压芯片(IC6)的(1)脚接电压芯片(IC6)的(6)脚、电容(C7)的一端及电阻(R16)的一端，电阻(R16)的另一端和电容(C7)的另一端接地，电压芯片(IC6)的(5)脚接电容(C8)的一端和电阻(R15)的一端，电容(C8)的另一端接地，电阻(R15)的另一端接电源(+Ec)，电压芯片(IC6)的信号输入端(7)脚接插座(E2)的(3)脚，插座(E2)的(8)脚接电源(+Ec)，插座(E2)的(1)脚接地；单片机(IC3)的(8)、(9)、(11)分别接开关(K3)、(K2)、(K1)的动接点，开关(K3)、(K2)、(K1)的定接点都接地，单片机(IC3)的(8)、(9)、(11)分别经电阻(R18)、(R19)、(R2)接电源(+Ec)；单片机(IC3)的(10)脚接地；单片机(IC3)的信号输出端(12)、(13)脚接显示装置(LCD)的信号输入端；单片机(IC3)的(14)脚接插座(E2)的(6)脚；单片机(IC3)的(15)脚接电容(C4)的一端和电阻(R11)的一端，电阻(R11)的另一端接电阻(R10)的一端和电容(C3)的一端，电容(C3)、(C4)的另一端接地，电阻(R10)另一端接电压电流转换芯片(IC2)的信号输入端(5)脚，电压电流转换芯片(IC2)的电源端(16)脚接电源(+Ec)，电压电流转换芯片(IC2)的(2)脚接地，电压电流转换芯片(IC2)的(3)、(4)脚经电阻(R9)接电压电流转换芯片(IC2)的(8)脚，电压电流转换芯片(IC2)的(1)、(13)脚接场效应管(Q2)的漏极，场效应管(Q2)的栅极接电压电流转换芯片(IC2)的(14)脚，场效应管(Q2)源极接二极管(D1)的正极，二极管(D1)的负极接电源(+V)；单片机(IC3)的电源端(20)脚接电源(+Ec和电容(C12的一端，电容(C12)的另一端接地；单片机(IC3)的(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)脚与阻排(RD)的(8)、(7)、(6)、(5)、(4、(3、(2)、(1)脚一一对应相连接，阻排(RD)的(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)脚都接电源(+Ec)。
专利摘要毒性气体变送器，它涉及一种可以实时检测危险工作环境中毒性气体浓度的变送器。传感器(2)和信号控制电路板(3)均安装在防爆壳体(1)内；场效应管(Q
文档编号G01N27/414GK2627505SQ0326026
公开日2004年7月21日 申请日期2003年7月14日 优先权日2003年7月14日
发明者李劲松 申请人:李劲松, 姜思明