一种用于催化燃烧型可燃气体传感器信号采集的电路结构制造技术

本发明专利技术涉及一种用于催化燃烧型可燃气体传感器信号采集的电路结构，其包括两个独立的单端信号采集电路；所述两个独立的单端信号采集电路为二路Ａ／Ｄ转换器，或为二个电子开关和一路Ａ／Ｄ转换器；所述二路Ａ／Ｄ转换器的数字接口与第一单片机连接，模拟接口分别连接可燃气体传感器的两个输出端；所述二个电子开关和一路Ａ／Ｄ转换器为第二单片机内部包含的，或为独立的单路或多路Ａ／Ｄ集成电路芯片，所述第二单片机经地址线控制二个电子开关的选择；所述二个电子开关一端分别连接可燃气体传感器的两个输出端，另一端连接所述一路Ａ／Ｄ转换器。其优点是：能及时判定传感器真实零漂幅度及其性质以便进行相应处理；实现完全的数字自动调零。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号采集电路，尤其是一种用于催化燃烧型可燃气体传 感器信号采集的电路结构。
技术介绍
催化燃烧型可燃气体传感器(后简称传感器)应用于炼油、化工、医药、 冶金等需要连续监测可燃性气体的行业，具有技术成熟、稳定性较好、价格 较低、广谱性(对多种可燃性气体敏感)等优点，在保障相关行业安全生产 中获得广泛应用。其原理是以图1A所示电路为例，传感器由图中的电阻1ARC、 1ARD、 1AR1、 1AR2组成的惠斯顿电桥构成，其中电阻1AR1、 1AR2为稳定性较好且 标称值相等的电阻，电阻1ARC、 1ARD为同样材质、线径、工艺绕制并经挑选 配对的呈球体状的铂电阻，电阻1ARD表面涂有钯催化剂为检测元件(外观呈 黑色也叫黑元件)，电阻1ARC为补偿元件(不涂催化剂呈白色故也称白元件)， 常态下两者阻值和温度系数相等。正常工作时，图1A中的电压源或电流源 POWER把电阻1ARC、 1ARD加热至几百'C的红热状态，电阻1ARD接触可燃性 气体时，其表面发生剧烈的氧化反应(无焰燃烧)，使阻值变大；而电阻1ARC 状态保持不变(因无催化剂)，电桥就有信号电压输出，实现了对可燃性气体 的检测。由于材料、工艺误差等原因，电阻1ARC和1ARD以及1AR1和1AR2不可 能完全对称，环境温度波动的影响不能完全补偿，加上重力长期作用使处于 红热状态的电阻1ARD、 1ARC产生形变而导致的阻值变化，以及加热电源 P0WER1A性能的波动，传感器的零点漂移是不可避免的。 现有采样/自动调零电路电路的构成、优点与局限性 现有方法如图1A或图1B所示，图1A所示电路由依次连接的运算放大器 1AN1、 AD转换器1AN2和单片机1AN3构成，图1B类同，特点是硬件方面与 传统的采样电路无异，不需增加硬件投入。可燃性气体检测仪或变送器投运 时，经人工对电位器初步调零(所述电位器也可能是数字式电位器)，以后就 由单片机程序根据零漂和可燃气信号的不同特性(可燃气信号一般每分钟变化数十单位而零漂通常每数小时至数十小时变化一至二个单位)加以判别并进行对应的处理(如判定含有零漂就先减去其中的漂移量)。存在的问题是 由于AD转换器和单片机依次连接在差动放大器1AN1的后面，获得的信号中 已消除了原始电平值，所以不能感知传感器二个输出端的真实电平，即单片 机不能确定传感器的真实零点，(其自动调零只是在单片机1AN3中进行 数字的加减，并未真正消除传感器的零漂)因而无法确定累进性零漂和总的 零漂幅度，单片机被蒙蔽了。当总零漂达到一定的幅度后，传感器的响 应会呈现较大的非线性，使得测量结果严重偏离实际值，存在一定的安全隐 患(其安全性甚至不如无自动调零的传统电路)，这正是自动调零技术在此领 域的应用至今未获得足够理论支持的主要原因。 关于零漂性质的说明1、 对称性零漂是指围绕某个确定点上下波动的零漂，如温度的昼夜 变化及其引起传感器相应的零漂；以年为单位温度的季节性变化引起的零漂 亦然，其特征是漂移范围不超过确定的最大值。2、 累进性零漂是指单方向的、并且随时间累加的零漂，如对于固定 安装的传感器由于重力的作用使黑白元件的丝材发生变形而导致的零漂，其 漂移范围不受限制且无法预先确定，因而更加危险。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于催化燃烧型 可燃气体传感器信号采集的电路结构，它能判断不同性质的零漂并给予相对 应的处理，从而及时发现安全隐患，对于确保相关行业的设备和人员安全意 义重大；成本方面只需少量增加甚至可能减少。按照本专利技术提供的技术方案，所述用于催化燃烧型可燃气体传感器信号 采集的电路结构，包括两个独立的单端信号采集电路；所述两个独立的单端信号采集电路为二路A/D转换器，或为二个电子开 关和一路A/D转换器；所述二路A/D转换器的数字接口与第一单片机连接，模拟接口分别连接 可燃气体传感器的两个输出端；所述二个电子开关和一路A/D转换器为第二单片机内部包含的，或为独 立的单路或多路A/D集成电路芯片，所述第二单片机经地址线控制二个电子 开关的选择;所述二个电子开关一端分别连接可燃气体传感器的两个输出端， 另一端连接所述一路A/D转换器。所述两个独立的单端信号采集电路分别通过滤波电路连接可燃气体传感器的两个输出端。本专利技术的优点是-1、 能及时判定传感器真实的零漂幅度及其性质以便进行相应的处理，消 除安全隐患。2、 能够实现完全的数字自动调零，减少生产/调试工作量。3、 成本增加很少，或者不增加甚至减少。 附图说明图1A为已有技术的一种电路结构图。 图1B为已有技术的第二种电路结构图。图2A为以二路AD芯片和单片机构成的本专利技术的结构示意图。图2B为以双路电子开关加单路AD芯片和单片机构成的本专利技术的结构示图3B为以内含多路AD的单片机SN8P1909构成的本专利技术的电路图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图2A所示，传感器的二个输出端02A和S2A分别通过滤波电路接有 高分辨率的AD转换器2AN1和2AN2， AD转换器2AN1和2AN2的输出送 入单片机2AN3。设02A点的电位为Vo S2A点的电位为Vs理想情况下，2AR1-2AR2， Vs-Vo-0，传感器完全平衡。实际情况是， 经过出厂前连续通电老化的传感器(一般为5~7天)在投运现场通电5分钟 内趋于稳定。由于2AR1、 2AR2的选配精度较高，对称性和热跟踪性较好， 可认为此时的Vo即是传感器的真实零位，而此时的Vs-Vo为初始失调，对 于选配良好的传感器黑白元件，其数值很小甚或接近于零。在传感器的工作 温度范围内，零点漂移幅度(最大温漂)是确定的，显著大于此幅度的零漂 被认为是危险的，当累进性零漂或总零漂达到一定幅度时(严重偏离初始失 调)，单片机就发出报警信号，提示相关人员及时处理。总之，单片机一直监 测Vo、 Vs和Vs-Vo的变化，可随时发现异常情况。有以下几点说明1、为避免可能的误报警，(根据传感器品质的优劣)工程上可取最大温漂的1.3 1.5倍作为报警阈值。2、 对AD芯片的要求，从成本和性能方面考虑，比较适合的是低成本高 精度AD芯片，例如2 —A型或多重积分型，要求分辨率在16bit以上。3、 为降低成本，优先选用单片多通道AD芯片，如选用内含多路AD的单 片机性价比更高。4、 不少单片多路AD芯片和内含多路AD的单片机芯片其实内部相应电路 结构均为多路电子开关加单路AD，只不过反映在外部特性上与多路AD芯片 十分相似。5、 图2B中传感器输出端的信号均通过同一个AD芯片采集，只是由单片 机2BN2经地址线A0、 Al来控制电子开关SW0、 SW1的选择。除此以外图2A 和图2B两种电路结构是等效的。6、 构成一个可燃性气体检测系统或变送器，通常还有显示、报警和输出 部分，因和本专利技术技术方面无直接关联，所以附图与论述中均未涉及。下面列举两个具体的实施例，图3A为以双路AD芯片AD7782和单片 机AT89S51构成的本专利技术的电路图。图3B为以内含多路AD的单片机 SN8P1909构成的本专利技术的电路图。图3A、图3B中均未画出上述芯片的常 规辅助器件。如图3A所示，以串行输出2:-A型双通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于催化燃烧型可燃气体传感器信号采集的电路结构，其特征是：包括两个独立的单端信号采集电路；　所述两个独立的单端信号采集电路为二路Ａ／Ｄ转换器（２ＡＮ１、２ＡＮ２），或为二个电子开关（ＳＷ０、ＳＷ１）和一路Ａ／Ｄ转换器（２ＢＮ１）； 　所述二路Ａ／Ｄ转换器（２ＡＮ１、２ＡＮ２）的数字接口与第一单片机（２ＡＮ３）连接，模拟接口分别连接可燃气体传感器的两个输出端；　所述二个电子开关（ＳＷ０、ＳＷ１）和一路Ａ／Ｄ转换器（２ＢＮ１）为第二单片机（２ＢＮ２）内部包含的 ，或为独立的单路或多路Ａ／Ｄ集成电路芯片，所述第二单片机（２ＢＮ２）经地址线控制二个电子开关（ＳＷ０、ＳＷ１）的选择；所述二个电子开关（ＳＷ０、ＳＷ１）一端分别连接可燃气体传感器的两个输出端，另一端连接所述一路Ａ／Ｄ转换器（２ＢＮ１）。

【技术特征摘要】
1、一种用于催化燃烧型可燃气体传感器信号采集的电路结构，其特征是包括两个独立的单端信号采集电路；所述两个独立的单端信号采集电路为二路A/D转换器(2AN1、2AN2)，或为二个电子开关(SW0、SW1)和一路A/D转换器(2BN1)；所述二路A/D转换器(2AN1、2AN2)的数字接口与第一单片机(2AN3)连接，模拟接口分别连接可燃气体传感器的两个输出端；所述二个电子开关(SW0、SW1)和一路A/D转换器(2BN1)为第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓村，
申请(专利权)人：李晓村，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]