一种气体吸收池用侵入式温压传感探头

1.本实用新型涉及气体检测过程中的温度和压力测量领域，特别是涉及一种气体吸收池用侵入式温压传感探头。


背景技术：

2.激光吸收光谱技术是常见的检测气体浓度方法之一，其优点包括高实时性、高灵敏度等。在激光吸收光谱技术中，选择吸收强度大、独立单一的吸收谱线是准确检测气体浓度的前提。同时气体吸收谱线受到压力和温度两个外部环境变量的双重影响。在常温常压下，某些气体的吸收谱线存在谱带吸收的特征，必须采用压力控制方案将气体吸收池中抽成低压环境。随着压力的降低，很多重叠的吸收谱线会逐渐分开。这样就可以采用单一的吸收谱线完成气体浓度的准确测量。而且研究人员也会利用温度和压力两个参数对获得的气体浓度进行进一步修正，所以基于激光吸收光谱技术对气体浓度进行测量的过程中对气体吸收池中温度和压力的测量也非常重要。
3.目前对于气体吸收池的压力测量大都采用在吸收池的进气端口、出气端口加装压力传感装置，但是这种测量方式获取的是气管内部的压力，而不是气体吸收池内部的准确压力。这就导致了利用压力对气体浓度进行修正会存在一定的误差。另一方面，针对气体吸收池的温度测量大多采用温控箱保温设计，只测量了温控箱内温度，而非气体吸收池的温度。在测量过程中，抽取到气体吸收池中的气体温度和温控箱温度会产生不一致的现象，也会影响修正结果。但是在针对激光吸收光谱技术中气体吸收池内部(腔体内)的侵入式温度压力传感探头还未见报道。
4.因此亟需提供一种新型的气体吸收池用侵入式温压传感探头来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种气体吸收池用侵入式温压传感探头，能够实现气体吸收池内部温度和压力的原位测量，保证两个参数测量的准确性和可靠性。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种气体吸收池用侵入式温压传感探头，包括壳体、设置于壳体内的温压传感元件及电路板；
7.所述壳体包括上壳体、下壳体，上壳体与下壳体活动连接组装成一个密闭壳体，下壳体的前端面设有与气体吸收池配合连接的螺栓，上壳体后端仅有一个用于该温压传感探头的供电与数据传输的接线端口；
8.所述温压传感元件与电路板一体设计，温压传感元件置于下壳体内部前端，电路板置于下壳体内部后端及上壳体内部，电路板所在腔体内填充有黑胶。
9.在本实用新型一个较佳实施例中，所述上壳体为前后两端开口的腔体，前端两侧壁分别设有一凸耳，凸耳开有通孔。
10.在本实用新型一个较佳实施例中，所述下壳体内部分为温压传感元件放置区和电路板放置区，温压传感元件放置区为一单独的腔体，电路板放置区设有阶梯型凹槽，用于插
接电路板，电路板放置区的两侧面分别开有内螺纹孔。
11.进一步的，所述温压传感元件放置区与电路板放置区之间设有一垫片，用于分隔温压传感元件放置区与电路板放置区。
12.更进一步的，所述上壳体与下壳体均为金属壳体。
13.在本实用新型一个较佳实施例中，所述电路板包括单片机控制电路、电源电路、温压传感元件电路、rs485通讯电路；
14.温压传感元件电路将温压传感元件测量得到的温度和压力信号传输至单片机控制电路，单片机控制电路将获得的数据通过rs485通讯电路传输到外部设备，电源电路由外部电源为该探头供电。
15.在本实用新型一个较佳实施例中，所述温压传感元件采用高精度贴片温度和压力传感器ms5540c。
16.本实用新型的有益效果是：本实用新型采用高精度温压传感元件，基于stm32f103c8t6单片机作为电路系统平台，实现了高精度温度压力传感元件的数据读取、转换和传输，完成了一款高可靠性高精度的温压传感探头的电路设计；同时采用结构合理的封装壳体，并将电路系统固定到壳体内，通过黑胶对其进行密闭；壳体前端采用标准npt 1/8螺纹密闭，使得温压传感元件只与气体吸收池内部相通。基于上述电路和机械设计，完成了侵入式温压传感探头设计，实现了气体吸收池内部温度和压力的原位测量，保证了这两个参数测量的准确性和可靠性。
附图说明
17.图1是本实用新型气体吸收池用侵入式温压传感探头一较佳实施例的立体结构示意图；
18.图2是图1的主视图；
19.图3是图2的b-b剖视图；
20.图4是所述上壳体的立体结构示意图；
21.图5是所述下壳体的立体结构示意图；
22.图6是图5的侧视图；
23.图7是图5的后视图；
24.图8是图7的a-a剖视图；
25.图9是所述单片机控制电路的电路原理图；
26.图10是所述电源电路的电路原理图；
27.图11是所述温控传感元件电路的电路原理图；
28.图12是所述rs485通讯电路的电路原理图。
29.附图中各部件的标记如下：1、上壳体，11、凸耳，12、通孔，13、后端开口，2、下壳体，21、温压传感元件放置区，22、电路板放置区，23、阶梯型凹槽，24、内螺纹孔，25、螺栓，3、螺钉。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点
和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
31.请参阅图1至图3，本实用新型实施例包括：
32.一种气体吸收池用侵入式温压传感探头，包括壳体、设置于壳体内的温压传感元件及电路板。所述壳体包括上壳体1、下壳体2，上壳体1与下壳体2活动连接组装成一个密闭壳体，下壳体2的前端面设有与气体吸收池配合连接的螺栓25，上壳体1后端仅有一个用于该温压传感探头的供电与数据传输的接线端口。所述温压传感元件与电路板一体设计，温压传感元件置于下壳体2内部前端，电路板置于下壳体2内部后端及上壳体1内部，电路板所在腔体内填充有黑胶。
33.结合图4，所述上壳体1为前后两端开口的腔体，前端两侧壁分别设有一凸耳11，凸耳11开有通孔12，后端开口13略大于rs485通讯电路中接口端子的大小。
34.结合图5至图8，所述下壳体2内部分为温压传感元件放置区21和电路板放置区22，温压传感元件放置区21为一单独的腔体，电路板放置区22设有阶梯型凹槽23，用于插接电路板，电路板放置区的两侧面分别开有内螺纹孔24，该内螺纹孔24与上壳体1凸耳11处的通孔12通过螺钉3螺纹连接，组成一封装壳体。本示例中，所述下壳体2前端面的螺栓25采用npt 1/8螺纹设计，与气体吸收池上的螺纹密闭连接，不同接口的气体吸收池可通过转接件进行连接。
35.另外，所述温压传感元件放置区21与电路板放置区22之间设有一透明塑料材质的垫片(图中未示出)，用于分隔温压传感元件放置区21与电路板放置区22，当在电路板放置区22填充密封黑胶时，垫片起到阻挡黑胶进入温压传感元件放置区21的作用。
36.优选的，所述上壳体1与下壳体2均为金属壳体，本示例中，材质采用铝合金。
37.所述电路板包括单片机控制电路、电源电路、温压传感元件电路、rs485通讯电路。温压传感元件电路将温压传感元件测量得到的温度和压力信号传输至单片机控制电路，单片机控制电路将获得的数据通过rs485通讯电路传输到外部设备，电源电路由外部电源为该探头供电。
38.下面结合附图对各电路单元的电路结构及原理进行具体描述：
39.结合图9，所述单片机控制电路包括单片机u2a及其外围电路，所述单片机u2a采用stm32f103c8t6，作为电路系统平台，将高精度温压传感元件测量得到精准温度和压力通过rs485输出到外部设备。其外围电路包括+3.3v电源电路、复位电路、晶振电路等，各元器件及其连接关系如图所示。
40.所述电源电路通过外部4.5v-36v供电，采用k7803mt-500r4作为系统电源入口的稳压电源，该模块符合宽压输入，可以满足4.5v-36v之间的输入转换为稳定的3.3v，用于给单片机stm32f103c8t6、温压传感元件ms5540c、通讯芯片sp3485供电，各元器件及其连接关系如图10所示。
41.所述温压传感元件电路为温压传感元件及其外围电路，各元器件及其连接关系如图11所示。优选的，所述温压传感元件采用高精度贴片温度和压力传感器ms5540c，压力测量范围为10-1100mbar，温度测量范围为-45℃～80℃。其供电电压范围为2.2v-3.6v，在该系统中采用3.3v供电。其正常工作需要外部配置32.768khz的有源晶振，数据传输方式采用三线制spi。
42.所述rs485通讯电路包括通讯芯片sit3485、电阻r6、r7、r8、电容c16及通讯接口jp2接口端子，各元器件及其连接关系如图12所示。该电路的作用是将单片机stm32f103c8t6的串口转换为rs485通信串口，用以传输温度和压力数值。
43.该探头的工作原理为：探头通过外部4.5v-36v供电，并通过rs485串口连接信号线对外输出测量得到的温度和压力数据，供电后探头处于工作状态。探头通电后，stm32f103单片机通过spi串行通信获取板载的高精度温度压力传感元件的数据，然后将数据通过rs485串口以数字信号的方式传输到外部设备，避免了获取到的温度和压力数据因长距离导线传输产生的误差，保证了对温度和压力测量的准确性和可靠性。
44.该温压传感探头采用铝合金壳体，壳体前端采用标准npt 1/8螺纹与气体吸收池相连接，并将电路系统内嵌到壳体中，然后用黑胶填充壳体中的缝隙，保证温压传感元件只与气体吸收池内部相连通，密封过的壳体后端只有一个接线端子与外界相连，用于该温压传感探头的供电和rs485数据传输。以上电路和机械设计保证了该温压传感探头的高稳定性和可靠性。
45.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。