提高分辨率的气体浓度测量模块及气体监测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种提高分辨率的气体浓度测量模块及气体监测仪。
【背景技术】
[0002]经济快速发展，发展与环境之间的矛盾也日益突出，尤其近年来各种环境事件的频繁出现，造成重大的环境影响和财产损失，引起了社会各界对环境安全的担忧。快速准确的环境应急监测数据能够帮助管理部门科学应对突发环境事件，但是由于技术水平和研发思路的限制，大部分气体监测仪不能很好满足应急监测快速准确的要求。化学传感器是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，因种类多、成本低、体积小、耐候性好和抗震性佳的优点，除在安防、农业和消防等领域被广泛应用外，近年来更是广泛用于环境应急监测领域，目前市售化学传感器及配套的仪器仪表所能提供的分辨率普遍仅能达到0.lppm，在精度和准确度上很难满足我国环境标准的要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种提高分辨率的气体浓度测量模块及气体监测仪。
[0004]本实用新型的技术方案是:
[0005]一种提高分辨率的气体浓度测量模块，所述测量模块包括:
[0006]至少一个电化学传感器；所述电化学传感器具有计数电极CE、工作电极WE和参考电极RE ；
[0007]连接所述电化学传感器，用于在所述工作电极WE和所述参考电极RE间施加恒定电位的恒电位仪；
[0008]连接所述电化学传感器，用于将所述工作电极WE产生的对应气体浓度的电流信号转换为与所述电流信号成正比的电压信号的放大电路；
[0009]连接所述放大电路，用于对放大电路输出的电压信号进行滤波的滤波电路；
[0010]连接所述滤波电路，用于对滤波后的模拟电压信号进行模数转换得到相应的数字信号的模数转换电路；
[0011]连接所述模数转换电路的数字隔离电路；所述数字隔离电路实现输入输出数字信号电气隔离；
[0012]另外，所述测量模块还包括用于给恒电位仪、放大电路、模数转换电路和数字隔离电路供电的电源；所述电源包括5V电源、2.5V电源和3.3V电源；
[0013]进一步地，
[0014]所述恒电位仪包括:电阻R3、运算放大器U1、电容Cl、电阻R1、电容C2、电阻R2、MOS管Ql和电阻R7 ;所述运算放大器Ul采用LMP7721芯片；所述运算放大器Ul的同相输入端通过电阻R3接地；所述运算放大器Ul的反相输入端经由电容Cl连接所述运算放大器Ul的输出端；所述电容Cl两端并联接有RC串联支路，该RC串联支路由电阻Rl和电容C2构成；所述RC串联支路的串接点通过电阻R2连接电化学传感器的参考电极RE ;所述运算放大器Ul的输出端连接电化学传感器的计数电极CE ;所述MOS管Ql的栅极通过电阻R7连接5V电源正极；所述MOS管Ql的漏极连接电化学传感器的参考电极RE ;所述MOS管Ql的源极连接电化学传感器的工作电极WE ；
[0015]所述放大电路包括:电阻R6、电阻R4、电容C3、电阻R5和运算放大器U2 ;所述电化学传感器的工作电极WE通过电阻R6连接所述运算放大器U2的反相输入端；所述运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5接地；所述运算放大器U2的反相输入端经过相互并联的电阻R4和电容C3连接所述运算放大器U2的输出端；所述运算放大器U2的输出端输出与所述工作电极WE产生的对应气体浓度的电流信号成正比的电压信号；
[0016]进一步地，
[0017]所述滤波电路包括由电容CS、电容C9和电阻R13构成的π型滤波器；所述π型滤波器一端连接放大电路，另一端连接模数转换电路；
[0018]所述模数转换电路包括:模数转换器U3、基准源U4、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7 ;所述模数转换器U3采用AD7190芯片；所述基准源U4采用ADR421芯片；所述模数转换器U3的引脚AINl连接所述滤波电路；所述模数转换器U3的引脚REFINl+连接所述基准源U4的输出端；所述电容C4和电容C5相互并联接在所述基准源U4的输入端和地之间；所述电容C6和电容C7相互并联接在所述基准源U4的输出端和地之间；所述基准源U4的输入端还连接5V电源正极；所述模数转换器U3的引脚REFINl-接地；所述模数转换器U3的引脚SCLK、引脚DIN和引脚DOUT连接数字隔离电路；
[0019]所述数字隔离电路包括数字隔离器U5、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻Rll和电阻R12 ;所述数字隔离器U5采用ADUM1402芯片；所述数字隔离器U5的引脚OA经由电阻R8连接所述模数转换器U3的引脚SCLK ;所述数字隔离器U5的引脚OB经由电阻R9连接所述模数转换器U3的引脚DIN ;所述数字隔离器U5的引脚IC经由电阻RlO连接所述模数转换器U3的引脚DOUT ;所述数字隔离器U5的引脚Ε2通过电阻Rll连接2.5V电源正极；所述数字隔离器U5的引脚El通过电阻R12连接3.3V电源正极。
[0020]一种气体监测仪，包括:
[0021]以上任一项所述的提高分辨率的气体浓度测量模块；
[0022]进一步地，所述气体监测仪还包括:
[0023]壳体；所述壳体上具有进气口；
[0024]设置于所述壳体内，且与所述进气口相连通，用于对由所述进气口进入的待测气体中的颗粒物进行过滤的过滤器；
[0025]设置在所述壳体内，容置所述气体浓度测量模块包括的至少一个电化学传感器的传感器仓；
[0026]与所述传感器仓相连通的气管；
[0027]设置于所述壳体内，且与所述过滤器和所述气管相连接，用于将经过过滤的待测气体引导至所述气管中的气泵；待测气体经由气管进入所述传感器仓；
[0028]进一步地，所述壳体分成前后两个部分；所述过滤器、气泵和气管均设置在所述壳体的后部分；所述传感器仓和气体浓度测量模块设置于所述壳体的前部分；所述壳体的后部分开设有连通所述气管和所述传感器仓的导气孔。
[0029]由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的提高分辨率的气体浓度测量模块及气体监测仪，从满足环境标准要求出发，通过对电化学传感器信号测量部分的电路改造，实现对电化学传感器的输出电信号进行数字化处理，开发出具有更高分辨率的电化学传感器检测技术，能够大幅度提高电化学传感器的分辨率，在精度上满足了环境标准的要求，并提高了气体检测的准确度，大大拓展了电化学传感器的应用范围。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本实用新型所述气体浓度测量模块的结构框图；
[0032]图2是本实用新型所述恒电位仪和放大电路的电路原理图；
[0033]图3是本实用新型所述滤波电路、模数转换电路和数字隔离电路的电路原理图；
[0034]图4是本实用新型所述电源的电路原理图；
[0035]图5是本实用新型所述气体监测仪的结构框图；
[0036]图6是本实用新型所述气体监测仪的结构示意图；
[0037]图7是本实用新型所述壳体的后部分的结构