【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電路的輸出腳輸出高電平，報(bào)警器電路工作，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。此時(shí)若水銀開關(guān)斷開，電源經(jīng) R2向 C1 充電，當(dāng) C1兩端的電壓充到高于 2/3Vcc 時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端變?yōu)榈碗娖捷敵?，?bào)警電路失電停止工作。此時(shí)報(bào)警器便進(jìn)入報(bào)警守候狀態(tài)。這時(shí)若報(bào)警器受到振動(dòng)，就會(huì)使水銀開關(guān)中的水 銀一起振動(dòng)，當(dāng)開關(guān)接通時(shí)， 555電路的 2 腳便輸入一個(gè)低電平信號(hào)，這個(gè)低電平信號(hào)使得單穩(wěn)電路輸出狀態(tài)改變，輸出端變?yōu)楦唠娖剑瑘?bào)警電路工作，另一方面通過 7 腳將充于電容 C1 上的電荷放完，這時(shí)就算水銀開關(guān)再次斷開，由于 C1 兩電壓低于 2/3Vcc，電路也將保持輸出高電平，使報(bào)警電路工作，若一直有振通信號(hào)使水銀開關(guān)接通，系統(tǒng)將一直報(bào)警，若報(bào)警后報(bào)警器不再振動(dòng)，則當(dāng) C1 上的電充到大于 2/3Vcc 時(shí)，報(bào)警將自動(dòng)停止，因此每次報(bào)警的自動(dòng)關(guān)斷時(shí)間為 R2 和 C1 的充電常數(shù)值。該報(bào)警器由直流穩(wěn)壓電源、定時(shí)開關(guān)電路和聲控脈沖產(chǎn)生器三 部分組成。圖中 S為話筒，它將腳步聲或其他聲響轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，且放大后加至 555 時(shí)基電路的觸發(fā)端 ② 腳。 555 與 R C2 組成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，調(diào)節(jié)電阻 R6使 ② 腳的電壓略高于 l/3VDD。 555 3 腳輸出低電平。當(dāng)有情況發(fā)生時(shí)， BG2 輸出一定幅值的負(fù)脈沖，使 555 翻轉(zhuǎn)，相應(yīng) ③ 腳輸出高電平，信號(hào)經(jīng) BG2 緩沖放大后使可控硅 SCR觸發(fā)導(dǎo)通，將報(bào)警器的電源電路接通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。報(bào)警時(shí)間長(zhǎng)短取決于電容器 C2的充電時(shí)間常數(shù) td= 的大小。當(dāng) C2上的充電電壓超過 2/3VDD 時(shí)， 555 復(fù)位， 3腳輸出低電平， BG2 相 應(yīng)截止，可控硅 SCR 斷開。在 C2充電期間，即報(bào)警定時(shí)結(jié)束之前，應(yīng)使 555③ 腳通過 R5和 D1 將輸出高電平反饋到觸發(fā)端 ② 腳，以免后繼脈沖或其他干擾影響定時(shí)精度。定時(shí)的長(zhǎng)短可通過改變時(shí)間常數(shù) R6C2 的大小來調(diào)節(jié)。 常見故障現(xiàn)象與查找方法 ： 1)發(fā)光二極管不亮： ① ，用萬用表測(cè) 12V 供電電源是否正常； ② ，用數(shù)字萬用畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 表檢測(cè)電阻 R發(fā)光二極管 VDl、三極管 VT2是否損壞； ③ ．測(cè) lCl 所構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，若 ICl 的 ③ 腳始終輸出低電平， VT2 將一直處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管不亮，可采用代換法判斷 555 集成電路的好壞。 2)發(fā)光二極管亮但不閃爍： ① ．測(cè)三極管 VT2，若 VT2擊穿，更換 VT2 故障即可排除； ② ．測(cè) ICl⑥ 、 ⑦ 腳的電平，若為低電平，查 RP1及連線是否有斷線或虛焊，查 C1 是否擊穿及 ICl② 腳是否懸空。在外圍元件檢查無誤后，可采用代換法判斷 lCl是否損壞； ⑧ ．用上述方法，查找 IC IC3及其外圍元器件。 3)發(fā)光二極管閃爍頻率不正常：主要查單穩(wěn)態(tài)電路 ICl，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路工作不正常時(shí)會(huì)造成發(fā)光二極管閃爍頻率不正常，其主要原因是由于電容 C2 造成的，可調(diào)當(dāng)調(diào)整 C2 的大小。 4)揚(yáng)聲器不響： ① ．查供電電源電壓及檢測(cè)三極管 VT揚(yáng)聲器是否損壞； ② ．測(cè)量 IC4 第 5腳的控制信號(hào)電壓，不正常查 IC3 第 3腳信號(hào)及 R4，也可通過示波器測(cè)量輸出波形判斷故障部位。 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 變流瓦斯檢測(cè)方法的基本思想 為了解決上節(jié)所提到催化傳感器存在的問題，就必須拋開連續(xù)電流供電的傳統(tǒng)方法，以保證測(cè)量元件與參比元件溫度永遠(yuǎn)相等，設(shè)計(jì)出真正的恒溫檢測(cè)橋路。 實(shí)現(xiàn)方法是通過一個(gè)硬件電路構(gòu)成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，強(qiáng)迫檢測(cè)元件與參比元件保持在平衡狀態(tài)，使測(cè)量元件工作在恒溫狀態(tài)下。該檢測(cè)環(huán)路使測(cè)量 元件的溫度與參比元件的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)境中的 CH4 氣體在測(cè)量元件表面燃燒時(shí)，測(cè)量元件的溫度將很快上升使電橋失去平衡，硬件電路構(gòu)成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到偏移信號(hào)后，輸出控制脈沖信號(hào)，將已經(jīng)偏移的橋路“矯正”回來，使回路周而復(fù)始地工作在偏移 /校正的振蕩之中。測(cè)量元件的溫度是以微小的鋸齒波形狀的軌跡在恒溫區(qū)波動(dòng) [26]，如圖 6所示： 圖 6 傳統(tǒng)的檢測(cè)橋路與恒溫橋路的濃度溫度特性曲線 Fig6 contrasting curve between two methods 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 這個(gè)波動(dòng)的溫差很小，只有零點(diǎn)幾度的差別，基 本上可以認(rèn)為參比元件和測(cè)量元件的溫度是相等的。這種方法保證了在任何 CH4 濃度下，測(cè)量元件的溫度不變，徹底有效地杜絕了高濃 CH4 的燃燒，大大延長(zhǎng)了催化元件的使用壽命，也使儀器的零點(diǎn)穩(wěn)定性、精度穩(wěn)定性得到了的提高。 本研究所研制的脈沖供電檢測(cè)橋路與傳統(tǒng)的測(cè)量機(jī)理截然不同，檢測(cè)元件工作于間歇脈沖供電狀態(tài)，不隨 CH4 溫度變化，反饋環(huán)路中的脈沖頻率與 CH4 濃度呈正比關(guān)系。從微觀的角度上看，單片機(jī)檢測(cè)的是測(cè)量元件上溫度的上升速率，而傳統(tǒng)方法則是檢測(cè)元件上的絕對(duì)溫度。測(cè)量橋路是恒溫的，無論檢測(cè)多高濃度的瓦斯，檢測(cè)元件的溫 度都不變，所以它能夠抗高濃沖擊，能夠擁有更長(zhǎng)的壽命和極好的穩(wěn)定性。 變流瓦斯檢測(cè)方法的原理 變流檢測(cè)方法是一種使載體催化傳感元件在檢測(cè)瓦斯氣體時(shí)保持恒溫狀態(tài)的新型檢測(cè)方法。它的基本原理是：在瓦斯?jié)舛壬邥r(shí)，通過閉環(huán)反饋電路，使工作電流相應(yīng)減少，以保持催化元件的溫度不變，利用電流的減少量和瓦斯含量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)瓦斯含量的檢測(cè)。 載體催化元件的靜態(tài)熱平衡方程是 [47]： )()( 40410142 ttBAttBCHrI ????? ???? 式中 I— 載體催化元件的工作電流； r— 載體催化元件的電阻； ? — 瓦斯氧化反應(yīng)燃燒熱系數(shù)； 4CH? — 空氣中瓦斯體積分?jǐn)?shù)； 1t — 載體催化元件溫度； 0t — 環(huán)境溫度； ? — 熱傳導(dǎo)系數(shù)； B— 元件面積； A— 輻射系數(shù)； ? — 角系數(shù)。 方程式左邊是單位時(shí)間內(nèi)工作電流所 產(chǎn)生的熱量和瓦斯氣體在載體催化傳感元件表面發(fā)生氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量之和，后者與瓦斯體積分?jǐn)?shù)成正比；方程式右邊是催化傳感元件在單位時(shí)間內(nèi)熱傳導(dǎo)和熱輻射損失的熱量之和，其中傳導(dǎo)熱是催化傳感元件通過導(dǎo)線和空氣傳遞的熱量之和，由于催化傳感元件工作在一個(gè)半封閉的氣罩內(nèi)，其同空氣的對(duì)流散熱很小，可忽略不計(jì)。方程兩邊在催化傳感元件達(dá)到熱平衡時(shí)是相等的。 在變流瓦斯檢測(cè)中，工作電流隨著瓦斯?jié)舛仍黾佣鴾p小，元件處于恒溫狀態(tài)，載體催化元件工作溫度和阻值保持不變。故在環(huán)境溫度一定的情況下，方程式右邊為一常數(shù)，設(shè) )()( 4041010 ttBAttBK ???? ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 對(duì)于該種檢測(cè)方法，因保持 1t 不變，即當(dāng)無瓦斯 ( 04 ?CH? )時(shí)， 020r KI ? ；當(dāng)有瓦斯時(shí) rIKCHrI 20202 ??? ?? 式中 I、 0I 分別為有瓦斯、無瓦斯的工作電流，即 420 CHrII ???? 此式表明電流變化與瓦斯體積分?jǐn)?shù)不是線性關(guān)系。因此，在設(shè)計(jì)檢測(cè)電路時(shí)，為使電流大小能反映瓦斯體積分?jǐn)?shù)，不能采用一般的可控直流電源，而需采用寬度可調(diào)的脈沖電流源，即脈沖電流的幅值恒定，但其寬度可由反饋信號(hào)調(diào)節(jié)。當(dāng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，減少脈沖的寬度 T 以減少通過元件的平均電流。 由式（ 33）知，瓦斯體積分?jǐn)?shù)為 2204 IrIrCH ??? ?? 與電流平方成線性關(guān)系，脈沖電流有效值為 210211 mT m ITTdtITI ?? ? 式中 T 為脈沖電流周期， mI 為脈沖電流幅值。在 mI 一定的條件下與占空比的平方根 TT/1 成線性關(guān)系，即其平方與占空比成線性關(guān)系。又脈沖電流平均值 PI 為mP ITTI 1?，與占空比成線性關(guān)系，故脈沖電流的平均值可以線性地反映瓦斯體積分?jǐn)?shù)，即瓦斯?jié)?度。 智能瓦斯監(jiān)測(cè)儀原理框圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 硬件電路介紹 甲烷傳感器 KG9701 型智能低濃度沼氣傳感器 KG9710 型智能低濃度沼氣傳感器 主要用于監(jiān)測(cè)煤礦井下環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛?，是煤礦預(yù)防瓦斯突出和瓦斯爆炸必不可少的測(cè)量?jī)x表。它可以連續(xù)自動(dòng)地將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備，并具有就地顯示瓦斯?jié)舛戎?，超限聲光?bào)警等功能。采用國(guó)家科技 “ 九五 ” 攻關(guān)項(xiàng)目成果：高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命熱催化元件，通過改變制作工藝及催化劑配方 (自制 )等，大大提高了催化元件的性能指 標(biāo)，利用人工智能技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理分析，增強(qiáng)了儀器抗高瓦斯沖擊的能力，將穩(wěn)定性能指標(biāo)由一周提高至一月，使用壽命由一年延長(zhǎng)至一年半。具有性能穩(wěn)定、測(cè)量精確、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、易使用易維護(hù)等特點(diǎn)，增加了遙控調(diào)校、斷電控制、故障自校自檢等新功能，大大節(jié)約了使用與維護(hù)費(fèi)用。 目前 該傳感器 已廣泛應(yīng)用于全國(guó)大、中、小型煤礦，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過 60％，在煤礦預(yù)防瓦斯災(zāi)害方面經(jīng)常發(fā)揮重要作用，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益 。 主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量范圍： 0～ %CH4(0～ %CH4) 測(cè)量精度： ～ %CH4 ≤177。%CH4 ～ %CH4 ≤177。%CH4 ～ %CH4 ≤177。%CH4 ～ %CH4 ≤177。% 真值 (相對(duì)誤差 ) 元件檢測(cè)反應(yīng)速度： ≤20s 調(diào)校周期： ≤1 個(gè)月 使用壽命： ≥ 年 信號(hào)帶負(fù)載能力： 0～ 400Ω 報(bào)警方式：二級(jí)間歇式聲光報(bào)警， ≥85dB( 聲強(qiáng) )，能見度＞ 20m(光強(qiáng) ) 報(bào)警點(diǎn)范圍： ～ ％連續(xù)可調(diào) 采樣方式：限制擴(kuò)散式 整機(jī)工作電壓： 9～ 24V DC 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 傳輸距離： 3km(供電 18V DC 使用 截面銅芯電纜 ) 輸出信號(hào)： 200～ 1000Hz、 1～ 5mA DC 防爆型式： ExibdⅠ 礦用本安兼隔爆型 高濃度瓦斯傳感器 (國(guó)產(chǎn) ) 型號(hào) :ZR14GJW4/100 基本參數(shù) 工作環(huán)境條件 : 溫度 : 0℃ ～ 40℃ 相對(duì)濕度 : ≤98% 大氣壓力 : 86kPa～ 116kPa 風(fēng)速 : 0m/s～ 8m/s 測(cè)量范圍 : 高濃： 0%CH4～ 100%CH4 溫度： 0℃ ～ 40℃ 測(cè)量范圍（ %CH4） 高濃： 基本誤差（ %CH4） ≤177。1 .0 測(cè)量上限的 177。10% 溫度：基本誤差： 177。2℃ 分辨率 : 高濃 0. 1%CH4， 溫度 ℃ 顯示方式 : 六位 LED，其右三位顯示甲烷，左三位顯示溫度 響應(yīng)時(shí)間 : ≤20s 報(bào)警點(diǎn) : 可調(diào) ,儀器出廠時(shí)設(shè)定在 %CH4； 在 %%CH4 內(nèi)可調(diào) 斷電點(diǎn) : 可調(diào) ,儀器出廠時(shí)設(shè)定在 %CH4 復(fù)電點(diǎn) : 可調(diào) , 儀器出廠時(shí)設(shè)定在 %CH4 高低濃度轉(zhuǎn)換點(diǎn)： 1）從低到高： % CH4 2）從高到低： % CH4 調(diào)節(jié)方式：使用本公司生產(chǎn)的 FYF 型遙控器 防爆標(biāo)志： ExibI 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 防爆合格證號(hào)： 1044440 安全標(biāo)志證號(hào)： 20202726 報(bào)警方式 :聲光，其中 : 音量 : ≥85dB 光可見度 : ≥20m 工作方式 :擴(kuò)散式 防爆型式 :礦用本安兼隔爆型； 防爆標(biāo)志： ExibdI。 輸出信號(hào) : 兩路 200Hz～ 1000Hz 頻率輸出。 甲烷： 200～ 600Hz 對(duì)應(yīng)甲烷濃度為 0～ 4% 600～ 1000Hz 對(duì)應(yīng)甲烷濃度為 4～ 100%。 溫度： 200Hz～ 1000Hz 對(duì)應(yīng) 0℃ ～ 40℃ 。 Ui： ≤DC 20V ； Ii： ≤90mA 。 關(guān)聯(lián)設(shè)備 :本公司生產(chǎn)的 DJ4G2020固定式甲烷斷電儀 防爆型式：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型 防爆標(biāo)志： Exd[ib]I，傳感器到斷電儀的距離不大于 2020 米。 防爆合格證號(hào)： 1042460 安全標(biāo)志證號(hào)： 20202728。 配接設(shè)備：本公司生產(chǎn)的 KJF33 通用監(jiān)控分站 防爆型式：礦用本質(zhì)安全型，防爆標(biāo)志： ExibI 防爆合格證號(hào)： 1034356 ，安全標(biāo)志證號(hào)： 20203034 傳感器到分站的距離不大于 2020 米。 傳輸電纜 : 電纜最大長(zhǎng)度： 2020m 分布電容 ≤ ／ km 分布電感 ≤1mH ／ km 外形尺寸： 200 mm110 mm 35mm 質(zhì)量： ADC0809 引腳圖與接口電路 A/D轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809 簡(jiǎn)介 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs 左右。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 《 ADC0809 引腳圖》 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 . ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 下