一种基于金属氧化物型气体传感器的氢气探测系统的制作方法

本实用新型涉及气体探测领域，具体涉及一种基于金属氧化物型气体传感器的氢气探测系统。

背景技术：

氢气作为一种重要气体，被广泛应用于石油化工、电子工业、冶金工业、有机化合物合成等领域。另一方面，随着燃料电池汽车等的发展，氢能成为一种清洁的、理想的二次能源得到越来越多的重视，氢气的应用也逐渐进入人们的日常生活。但氢气同时又具有无色、无味，化学性质活泼，易燃、易爆等特性。因此，对工作环境的氢气状况检测显得十分重要。

目前常用的气体传感器按检测原理分为：电化学方式和金属氧化物半导体式。电化学方式气体传感器由于使用的贵金属作电极，所以价格昂贵。金属氧化物型气体传感器技术成熟，反应灵敏，长期稳定性好，最重要的是价格低廉，几乎达到电化学方式气体传感器价格的百分之一。但同时这种方式的气体传感器也具有受环境温、湿度影响大，输出线形不稳定等缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对这种金属氧化物型气体传感器受温度、湿度影响大，每个传感器敏感体表面电阻不完全相同的特点，本实用新型提供了一种高灵敏度、廉价，同时对不同浓度氢气具有较高识别精度的硬件电路，一定程度上弥补了金属氧化物型气体传感器用作氢气检测时受温度和湿度影响大的不利因素。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于金属氧化物型气体传感器的氢气探测系统，包括控制器MCU，模数转换模块，仪表放大模块，温度传感器，湿度传感器，氢气浓度检测模块，2.5V基准电压模块，通信模块以及一个LCD接口电路，所述氢气浓度检测模块由一个电桥构成，电桥的其中一条单臂由一个金属氧化物型气体传感器U1与电阻R28串联组成，与其相对的另一条单臂由一个数字电位器U2与电阻R31串联组成，电桥 的另外两条单臂分别由电阻R29、电阻R30组成，电桥的测量输出端分别作为氢气浓度检测模块的输出正负极与仪表放大模块的输入正负极电连接；

所述仪表放大模块的输出端与模数转换模块的输入正极电连接，模数转换模块的输出端接入控制器MCU；

所述温度传感器和湿度传感器分别与控制器MCU电连接；

所述2.5V基准电压模块的输出端分别接入仪表放大模块的REF端和模数转换模块的输入负极；

所述通信模块与控制器MCU电连接，用于与外部系统通讯；

所述LCD接口电路用于连接LCD显示屏，显示环境温度湿度及氢气浓度。

作为优选，该系统还包括一个延时上电电路，分别与仪表放大模块和2.5V基准电压模块电连接，用于对仪表放大模块和2.5V基准电压模块延时上电。

作为优选，所述通信模块包括485串口通信模块和无线通信模块。

本实用新型的有益效果是：

可以实现对氢气的定性和定量检测，同时可以检测传感器周围环境温度和湿度。价格低廉，对比电化学方式氢气检测仪有巨大的成本优势。方便测试人员在远端检测，无线通信最大支持50米，485串口通信最大支持1000米。

附图说明

图1是本实用新型的硬件系统结构框图；

图2是本实用新型中氢气浓度检测模块电路图；

图3是本实用新型中放大电路、延时上电电路和2.5V基准电压源电路的电路图。

图中所示：1.控制器MCU，2.模数转换模块，3.仪表放大模块，4.温度传感器，5.湿度传感器，6.氢气浓度检测模块，7.2.5V基准电压模块，8.通信模块，9.延时上电电路，801.无线通信模块，802.485串口通信模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种基于金属氧化物型气体传感器的氢气探测系统，包括控制器MCU1，模数转换模块2，仪表放大模块3，温度传感器4，湿度传感器5，氢气浓度检测模块6，2.5V基准电压模块7和通信模块8。氢气浓度检测模块6由一个电桥构成，如图2所示，电桥的其中一条单臂由一个金属氧化物型气体传感器U1与电阻R28串联组成，与其相对的另一条单臂由一个数字电位器U2与电阻R31串联组成，电桥的另外两条单臂分别由电阻R29、电阻R30组成。由于所采用的金属氧化物型气体传感器的阻值范围在15K欧至20K欧左右，电桥左上臂选择110K电阻与传感器串联，电桥右上臂选择120K电阻串联一个10K阻值的数字电位器。通过图3输出的U/D信号控制电位器滑动的方向。当U/D信号为高电平，单片机控制的INC负跳变使电位器的滑动片向高位移动一个增量，当U/D信号为低电平，单片机控制的INC负跳变使电位器的滑动片向低位移动一个增量。

电桥的测量输出端分别作为氢气浓度检测模块6的输出正负极与仪表放大模块3的输入正负极电连接。仪表放大模块3的输出端与模数转换模块2的输入正极电连接，模数转换模块1的输出端接入控制器MCU1。电桥电压的变化值经过一个三运放仪表放大器实现共模抑制和差分放大，将电源噪声有效去除同时放大传感器的微小信号。采用差分模拟输入的模数转换器将反应氢气浓度的模拟电压转换数字量，以供单片机处理。

温度传感器4和湿度传感器5分别与控制器MCU1电连接，完成温度、湿度的采集。2.5V基准电压模块7的输出端分别接入仪表放大模块3的REF端和模数转换模块2的输入负极。以避免将模拟量变为数字量时再次引入电源噪声。

通信模块8包括一个无线通信模块801和一个485串口通信模块802，分别与控制器MCU1电连接，无线通信最大支持50米，485串口通信最大支持1000米，用于与外部系统通讯，方便测试人员在远端检测。

由于金属氧化物型氢气传感器受温度、湿度影响大，本探测系统通过对已知浓度的氢气进行测试，建立氢气浓度与测量电压的关系曲线，对关系曲线进行分段线性的曲线拟合，得到一组线性关系式A*U+B,其中U表示经放大后的电桥不平衡电压。以同样的方法，固定氢气浓度，分别改变测试环境温度和湿度，确定一 组温度系数T和湿度系数RH。最后计算即可得:氢气浓度＝温度系数T*湿度系数RH*(A*U+B)。

因为传感器刚上电的时候有一个稳定的时间，这段时间传感器的阻值是不稳定的，对系统而言是无效数据，因此该系统还设计了一个延时上电电路，分别与仪表放大模块和2.5V基准电压模块电连接，用于对仪表放大模块和2.5V基准电压模块延时上电。

说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，本领域技术人员对于本实用新型所做的等价置换等修改均认为是落入该实用新型权利要求书所保护范围内。