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1、精品名师归纳总结简易危急气体泄漏报警器的设计系别：电气工程与自动化专业：自动化姓名：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学号：简易危急气体泄漏报警器的设计摘要在日常生活和工业生产中,安全是一个至关重要的环节,由于它关系到我们的人身和财产安全,危急气体泄漏预警系统可以在发生危急之前,积极实行措施 ,从而降低或是甚至完全排除危急。以半导体气体传感器为核心 , 结合 7805 和 LM324,设计了一种简易廉价并且能够精确检测泄漏气体的危险气体泄漏报警器。当危急气体泄漏时, 系统可以用蜂鸣器报警警示人们,并可连接后续器件, 当危急气体的浓度达到肯定数值时, 将会启动排风装置,复原正常的安
2、全气体环境。1 引言目前 , 在工业和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的压力容器, 如气缸、气罐、煤气管道等等。由于各种人为或是其他各种各样的缘由, 容器会产生漏孔 , 从而发愤怒体泄漏。这是一种对资源的严峻铺张, 不仅会对空气造成严峻的污染, 而且会造成人员伤亡 , 国内外就有过类似的事情发生。危急气体泄露预警系统的显现可以精确的判定和定位产愤怒体的位置, 并进行准时的报警提示, 对于提高企业的生产效率和节省能源具有重要的意义, 同时也防止了一些不必要的人员伤亡和财产缺失。本论文从实际应用角度动身, 设计出一种价廉物美的危急气体泄漏报警器。2 气体泄漏报警器的定义顾名思义 , 气体泄漏
3、报警器就是气体泄露检测报警仪器。当工业或日常生活环境中可燃或有毒气体泄露时 , 气体报警器检测到气体的浓度已经达到爆炸或中毒的临界点时 , 报警器就会发出报警信号 , 以提示人们实行安全措施 , 并同时驱动排风、切断、喷淋等系统 , 防止发生爆炸、火灾、中毒事故 , 从而保证生产、人身和财产安全。3 电路设计方案气体泄漏报警器可由五个部分组成 : 传感器、二极管、三极管、运算放大器、电源模块、比较电路。传感器挑选半导体气体传感器 , 它能感知环境中某种气体并将与气体浓度有关的信息转换成电信号。图 1 基于比较电路设计的系统框图比较电路主要以运算放大器为核心, 它能够对传感器的输出电压和最初的设
4、定值 即气体泄漏的门限值 进行比较 , 当输出电压超过设定值时, 进行声音报警 , 当输出电压超出设定值1.5V 时, 系统在进行声音报警的同时, 绿色指示灯亮 , 启动外部驱动电路, 进行自动排除危急功能。系统框图如图1 所示。报警器应具有以下特点:1 当环境中危急气体的泄漏超过预定的门限值时, 能够做到精确报警。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 系统正常工作 , 绿色指示灯亮。3 气体浓度达到肯定浓度时, 红色指示灯亮 ,并驱动蜂鸣器报警。4 拥有外部驱动开关, 能够驱动排气扇等通风设备工作。5 电源电路可实现 220V 到 5V 的电压转换。6 采纳声光报警。7 体积小
5、。8 价格低廉 , 简洁易用。电路的整体设计原理图如图2 所示。图 2 系统设计原理图4 系统电路设计组成部分介绍4. 1 半导体气体传感器气体传感器的种类许多, 其中包括半导体气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学式气体传感器及固体电解质气体传感器等等4. 1. 1 半导体气体传感器氧化物半导体表面一旦吸附某些气体时, 但目前应用最广泛的是半导体气体传感器。, 其电导率将会发生转变, 利用半导体的这种性质检测气体特定成分 主要是仍原性气体 的传感器称为半导体气敏传感器 1 。如图 3 所示。图 3 传感器元件符号4. 1. 2 气敏传感器输出电压猎取方式半导体气敏传感器采纳加热器对气敏元件
6、进行加热。这时 , 加热器的加热温度对气敏传感器的特性有很大影响。为此 , 加热器的电压恒定是特别重要的。气敏传感器的输出电压如图所示, 其中与气敏传感器串联电阻 Rs, 该电阻的电压降就是传感器的输出电压 , 如检测到有害气体 , 传感器的气敏元件的阻值就会降低 , 这时 , Rs 两端电压就会上升 ,从而, 输出电压发生变化 1 。考虑所确定浓度气体中气敏元件的阻值来打算 Rs 阻值, 对于一般的应用 , 传感器的输出电压为 2V 3V 时, 就后续电路处理就特别便利。将传感器的输出接到比较器 A1 的同相输入端 , 当检测气体的浓度超过设定值时 ,A1 输出高电平 , 掌握后续电路工作
7、, 这样就构成了可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结简洁的气体检测电路 2, 如图 4 所示。图 4 气敏传感器电压输出猎取方式4. 2 电源电路设计思路 : 危急气体泄漏预警系统广泛应用于工业生产和日常生活中, 考虑到平常的使用电压是 220V, 所以电源电路的时段第一设计一个220V/9V 的变压器 , 从而使该气体泄漏报警系统在实际应用中更加的便利。连接在后面是两个并联的二极管, 它起到的是整流作用 , 把沟通变为直流的电路。借随其后串联的电阻和电解电容, 是一个小型的滤波器 , 当整流后的电压通过滤波器后 , 输出的电压降更加平稳, 有利于系统的稳固性。芯片7805 是一个
8、供应5V 的三端稳压集成电路。将电源电路的末端连接在7805 后, 就保证整个电路在系统的工作期间始终连续不断的供应5V 电源 31 。其电路图如5 所示。图 5 电源电路4. 3 比较电路设计思路 : 气体传感器的输出电压连接在放大器LM324 的同相输入端 , 放大器的反相输入端连接在滑动变阻器上 , 在系统工作之前 , 调剂滑动变阻器 , 设定最初值 , 此值标志系统工作环 境的正常范畴 , 当气体浓度高于设定值时, 放大器输出高电平, 此时的输出电压连接在另一个放大器上 , 进行再次放大 , 输出电压使得三极管导通。连接在三极管上的蜂鸣器便发出声响, 起到警示作用。如图6 所示。可编辑
9、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 6 比较电路4. 4 声光报警及外部驱动电路设计思路 : 当系统的四周环境气体泄漏的浓度到达肯定程度时再设计一个外部驱动电路, 这样就可以在气体浓度过高时, 为了安全 , 声光报警的同时 , 由外部驱动电路驱动外部电路, 譬如驱动排风扇等装置 , 这样气体达到肯定浓度, 排风扇自动工作 , 将危急气体排出 , 更加保证了安全。因此 , 将气体传感器的输出电压连接在另一个运算放大器上,放大器的另一端仍旧接在滑动变阻器上 , 在将二极管和三极管顺次连接上, 这样当气体浓度很高时 ,放大器的输出电压高于 1. 5V 时, 这样二极管、三极管导通, 绿色指
10、示灯亮并且启动连接在三极管上开关 , 这样外部设置开头工作, 自动排除气体 5 。如图 7 所示。图 7 声光报警及外部驱动电路5 系统的实现过程和改善方案5. 1 系统的实现过程当电源接通时 , 7805 供应稳固的 5V 电压 , 保证系统运行的稳固性。第一通过滑动变阻器设置一个确定值 , 当系统的四周环境中 , 不存在被测气体时, 气敏传感器的输出电压小于设定的最初值 , 此时电压经过比较器 , 输出低电压 , 二极管和三极管不导通 , 此时蜂鸣器不响 , 红灯也不亮 , 表示没有危急气体泄漏。当系统的四周环境存在被测气体时, 传感器的气敏元件的阻值会降低 , 这时 , 连接在传感器的输
11、出端和的之间的电阻R11 两端电压就会上升, 从而输出电压发生转变。输出电压将会高于最初的设定值, 接口 2、3 进行比较后 , 通过接口 1 输出一个电压差值 , 接口 12、 13 电压再次进行比较, 接口十四输出正电压 3, 此时三极管导通 , 蜂鸣器将会发出声音。而当四周环境的北侧气体到达肯定浓度时, 接口 5、6 的电压进行比较后输出的电压大于等于1. 5V 时, 此时红灯亮 , 并且连接在红灯和开关J 之间的三极管导通, 从而启动开关 J 链接的后续元件开头工作, 即排风机将危急气体排出, 从而保证了安全问题。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5. 2 系统的改善方案
12、5. 2. 1 防止传感器初期响应引起误报警的电路设计思路 : 为了标志气体传感器的工作状态, 选用一个二极管预期串联, 当气体传感器工作时, 红色指示灯亮 , 然而在接通电源的瞬时, 产生的瞬时电压可能会是二极管导通, 从而使红色指示灯亮 , 此时 , 红灯亮是一种错误信息, 误报了气体传感器的工作状态, 为了防止这种状况的发生 ,在传感器的两端并联一个电解电容, 当电源接通时 , 电解电容可以逐步储备电荷,是传感器渐渐趋于稳固, 而不是受到一个很大的冲击, 从而防止了上述状况的发生。电路如图 8 所示。图 8 防止传感器误报警电路5. 2. 2 温度补偿电路图 9 温度补偿电路可编辑资料
13、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结半导体气敏传感器在气体中的电阻值与温度及湿度有关。一般来说, 温度和湿度低 , 阻值较大。 温度和湿度高 , 阻值较小 2 。为此气体浓度即使相同阻值也不同, 需要进行补偿。这里介绍简洁的温度补偿电路, 如图 9 所示 , 它是在比较器 A1 的反相输入端 基准电压端 接入的负温度系数的热敏电阻RT,在温度降低时 , RT 阻值增大 , 就反相输入端的基准电压降低。 而温度上升时基准电压增大, 从而跟踪温度的变化达到补偿的目的。但采纳热敏电阻时,不能再高低温时都达到抱负的的补偿成效补偿。5. 2. 3 防止误动作电路, 这是需要灵敏的检测到气体时, 优先考虑
14、低温半导体气敏传感器的阻值在加电后不能立刻稳固下来, 从低阻到高阻逐步趋于稳固 2 。为防止接通电源后掌握电路无动作, 可采纳如下图所示的电路 5 。它是在接通电源后推迟一段时间 V1 才导通 , 因此, 在接通电源的肯定时间内继电器K 不动作。如图 10 所示。图 10 防止误动作电路这个危急气体泄漏报警器的设计比较简洁, 能够检测到气体泄漏并报警提示, 且在气体泄漏达到肯定浓度的时候启动外部设备自动排除危急, 但是也存在着一些不足之处, 因此从简洁的气体报警器开头逐步向着复杂而多功能的大型气体报警器迈进, 从而争取最大程度的降低意外人员伤亡及经济缺失, 这是我们最终的目标。可编辑资料 - - - 欢迎下载