[发明专利]一种气体传感器稳定性检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种气体传感器稳定性检测装置。

背景技术

甲烷， 俗称瓦斯， 是一种无色无味，略轻于空气的可燃性气体，当甲烷气体占周围环境空气浓度的5%～16%时，遇火可发生爆炸，煤矿一般称为瓦斯爆炸。煤矿瓦斯爆炸事故是矿井五大自然灾害之首，不仅会造成巨大的经济损失，还会造成重大人员伤亡，必须进行严格的重点监控。我国煤炭储量丰富，但是地质结构非常复杂，开采条件十分恶劣，瓦斯突发矿井或高瓦斯矿井占到全部矿井数近50%。

国家、煤炭行业、计量机构等都对甲烷传感器/便携仪施以重点监管。生产甲烷传感器/便携仪的厂家，必须通过煤炭产品安全标志认证和制造计量器具许可证考核，取得相关资格和证书，才能将其产品销往煤矿使用。目前国内外甲烷传感器/便携仪大多采用载体催化燃烧式敏感元件， 此类型敏感元件技术成熟、成本低廉，但由于其属于化学敏感器件，长时间使用会出现零点漂移和量程漂移，所以在样品定型检验、计量检定和成品出厂检验时，都需要进行很长时间的工作稳定性测试。同时，因为敏感元件的工艺原理， 如果长时间在没有甲烷气体的环境中工作， 会造成敏感元件灵敏度降低，影响传感器的测量精度和使用寿命。所以AQ6203、AQ6206、AQ6207等多种载体催化式甲烷的安全生产行业标准都规定，传感器的稳定性测试，应“进行连续15天的测试，实验时，传感器在0.30%CH4～0.80%CH4的环境中连续运行12h(便携式为9.5h)，然后测试零点和1.50% CH4的显示值；再在空气中连续运行12h，然后再次测试零点和1.50% CH4的显示值(便携式不需进行此步)。”在制造计量器具许可证考核中，《催化燃烧型甲烷制造计量器具许可证考核必备条件》还要求“厂家必须具备数量与其生产规模相适应的、可实现连续15d自动加气的稳定性检验装置”。

发明内容

本发明的目的是为实现符合各项标准规程检验要求的、适合生产企业需求的、高效率自动化的载体催化燃烧式甲烷传感器/便携仪出厂检验，设计了一种气体传感器稳定性检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：气体传感器稳定性检测装置由检验柜、送气单元、排风单元、反馈控制模块、信号采集模块、RS232调制单元、电脑主机、输出控制单元等部分构成。装置可实现590台被测仪表15d的稳定性测试:每天12h柜体内保持较稳定的甲烷浓度，另12h柜体内清洁空气流通；每天定时充入2次标准气体，记录4次测量数值。以上全部测试过程和数据记录自动完成，无需检验员干预。

所述的检验柜体内部标准气体浓度的反馈控制功能和被测仪表的输出信号采集功能，均使用基于C8051F040单片机设计的反馈控制模块和信号采集模块来完成。

所述的反馈控制模块具备信号采集和控制输出两个功能单元，完成采集标准信号、控制气路电磁阀、检测关键点等任务。信号采集模块只使用信号采集单元，将590路传感器的频率输出信号先采集到单片机， 然后传输到上位机显示、存储、打印。

所述的信号采集单元采用两级片选方式， 两个8选1开关，交替选通，采集16路通道的输入信号，为防止干扰，每路输入信号通道前端还增加阻容滤波电路。

所述的输出控制单元的控制通道的直流电平输出采用单片机管脚直接驱动三极管放大电路的方式完成。单片机分析从标准传感器采集的标气浓度采样信号，根据初始化信息，分析判断，输出控制命令，经控制输出单元传送到继电器，进而控制各送气支路的电磁阀。当采样回的标准气体浓度达到初始化下发的柜体内标气浓度范围下限时， 对应控制通道输出高电平，电磁阀开启；当标准气体浓度达到上限时，对应控制通道输出低电平，电磁阀关闭。

本发明的有益效果是：气体传感器稳定性检测装置的设计研制， 解决了生产型企业在进行载体催化燃烧式甲烷传感器和便携仪表工作稳定检测时，所遇到的实际操作困难。检测装置通过单片机电路和信号反馈技术实现仪器仪表的实验室自动化检测；单片机信号采集电路设计精度较高，检测装置的采集精度不低于0.5%，符合计量检定要求；检测装置通过上位机软件配置，同时检测量可根据实际需要调整，最大检验量590台；使用高精度、大流量标准气体配置装置，配气速度快，稳定性高；通过上位机软件控制整个流程，15d检测全程无需人工参与；上位机软件可实时显示全部被测仪表的测试数据、检测装置各个关键部位工作状态和参数，便于查询和监控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是反馈控制模块和信号采集模块组成框图。

具体实施方式

如图1所示，气体传感器稳定性检测装置由检验柜、送气单元、排风单元、反馈控制模块、信号采集模块、RS232调制单元、电脑主机、输出控制单元等部分构成。装置可实现590台被测仪表15d的稳定性测试:每天12h柜体内保持较稳定的甲烷浓度，另12h柜体内清洁空气流通；每天定时充入2次标准气体，记录4次测量数值。以上全部测试过程和数据记录自动完成，无需检验员干预。各个模块之间相互独立，模块通过8位拨码开关分配唯一的地址。各模块之间通过CAN收发器芯片CTN8251，将单片机自带的CAN控制器逻辑电平转换为CAN总线使用的差分电平，实现各个模块之间通过CAN总线的通讯。模块与上位机的通讯，通过一个RS232调制解调单元，实现CAN总线和RS232通讯协议的转换。检测流程开始前， 在上位机软件中定义好各项参数，经RS232调制单元调制解调，通过标准CAN2.0B协议下发初始化信息到各个单片机。初始化信息包括被测仪表的类型、柜体内标气浓度控制范围、检测持续时间、检测各步骤的时间分配等信息。然后单片机可独立完成检验过程的反馈控制，同时按地址分时上传从信号采集单元接收的采样值和测量值，由上位实时显示和存储。