一种多参数工业废气分析仪的制作方法

本实用新型涉及一种多参数工业废气分析仪。

背景技术：

中国大气环境面临的形势非常严峻，大气污染排放物总量居高不下。中国大多数城市的大气环境质量超过国家规定的标准。中国47个重点城市中，约70％以上的城市大气环境质量达不到中国规定的二级标准；参加环境统计的338个城市中，137个城市空气环境质量超过中国三级标准，占统计城市的40％，属于严重污染型城市。大气污染是中国第一大环境污染问题。废气排放是指烟囱或排气管洞口排出的废气中污染物质，是大气环境重要的污染源。工业企业燃烧和生产工艺过程中排放出各种废气。工业废气中不仅含有可挥发性的有机化合物，也含有大量的无机气体。复杂的工业现场环境对工业废气监测设备提出了更高的要求。

传统的工业废气分析仪仅针对某一种原理的传感器进行设计，当前环保领域要求越来越高，工业废气现场需要检测的气体种类日渐增多，单独配置多个不同种类的工业废气分析仪，不仅不方便数据的查看与管理，而且大大增加了企业环保监测成本。目前大多数工业废气分析仪采用普通设计方式，将PID传感器探头或者电化学式传感器固定在印制线路板上，既不方便更换寿命较短的电化学式传感器，也不方便PID传感器的定期清洗维护、故障排除以及紫外灯更换。

该实用新型多参数气体分析仪可同时测量四种不同种类气体，其中三种是基于电化学式传感器测量的气体，一种是基于PID原理可测的气体。适用于复杂的工业废气排放现场，既方便日常管理和数据传输与查看，也大大降低了企业环保监测的成本。设计了可插拔式电化学式传感器探头和PID传感器探头，电化学式传感器探头模块和PID传感器探头模块各自封装在专用的可插拔壳体内。多参数气体分析仪工作一段时间后，无需更换主板，可直接热插拔电化学式传感器探头模块，定期更换电化学式传感器；可直接热插拔PID传感器探头模块，定期对传感器视窗进行维护清洗，更换紫外灯，仪器后期维护十分便捷。

技术实现要素：

本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种多参数工业废气分析仪。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：一种多参数工业废气分析仪，包括电源模块、可热插拔电化学式传感器探头模块、可热插拔PID传感器探头模块、程控多通道I2C扩展芯片、MCU、电容式工业触摸屏、RS485数字信号通讯模块、4-20mA模拟数据输出模块、声光报警模块、泵阀控制模块；所述可热插拔电化学式传感器探头模块和所述可热插拔PID传感器探头模块分别通过程控多通道I2C扩展芯片与MCU芯片连接，所述MCU芯片的第一通信接口与电容式工业触摸屏连接，所述MCU芯片的第二通信接口与RS485数字信号通讯模块连接，所述MCU芯片的第三通信接口与4-20mA模拟信号输出模块连接；所述MCU芯片的第四通信接口与声光报警模块连接，所述MCU芯片的第五通信接口与泵阀控制模块连接；所述电源模块为系统提供电源。

进一步的，所述可热插拔PID传感器探头模块由PID传感器、EEPROM存储芯片和基于I2C通讯的ADC芯片组成。

进一步的，所述可热插拔电化学式传感器探头模块由电化学式传感器、EEPROM存储芯片和可配置AFE稳压器组成。

本实用新型的有益效果：本实用新型的多参数气体分析仪再工作一段时间后，无需更换主板，可直接热插拔电化学式传感器探头模块，定期更换电化学式传感器；可直接热插拔PID传感器探头模块，定期对传感器视窗进行维护清洗，更换紫外灯，仪器后期维护十分便捷。

附图说明

图1为本实用新型可热插拔传感器探头的多参数工业废气分析仪组成框图；

图2为本实用新型的可热插拔PID式传感器探头组成框图；

图3为本实用新型的可热插拔电化学式传感器探头组成及应用框图。

具体实施方式

图1至图3所示，为本实用新型可热插拔传感器探头的总挥发性有机化合物探测器组成框图，包括电源模块1、可热插拔电化学式传感器探头模块2、可热插拔PID传感器探头模块3、程控多通道I2C扩展芯片4、MCU芯片5、电容式工业触摸屏6、RS485数字信号通讯模块7、4-20mA模拟数据输出模块8、声光报警模块9、泵阀控制模块10等。

其中，所述可热插拔电化学式传感器探头模块和所述可热插拔PID传感器探头模块分别通过程控多通道I2C扩展芯片与MCU芯片连接，所述MCU芯片的第一通信接口与电容式工业触摸屏连接，所述MCU芯片的第二通信接口与RS485数字信号通讯模块连接，所述MCU芯片的第三通信接口与4-20mA模拟信号输出模块连接；所述MCU芯片的第四通信接口与声光报警模块连接，所述MCU芯片的第五通信接口与泵阀控制模块连接；所述电源模块为系统提供电源。

本实用新型可同时测量四种不同种类气体，其中三种是基于电化学式传感器测量的气体，一种是基于PID原理可测的气体；可热插拔电化学式传感器探头2模块由电化学式传感器21、EEPROM存储芯片22、可配置AFE稳压器23组成，封装在专用的可插拔壳体内；可热插拔PID传感器探头模块3由PID传感器31、EEPROM存储芯片32、基于I2C通讯的ADC芯片33组成，封装在专用的可插拔壳体内；多参数气体分析仪工作一段时间后，无需更换主板，可直接热插拔电化学式传感器探头模块2，定期更换电化学式传感器；可直接热插拔PID传感器探头模块3，定期对传感器视窗进行维护清洗，更换紫外灯。

电源模块为其他各个模块提供电源；可热插拔传感器探头模块采集不同种类的工业废气物理信号，处理成电压信号后，基于I2C协议经过程控多通道I2C扩展芯片与MCU进行通讯；MCU芯片基于USART通讯协议与电容型工业触摸屏进行通讯；MCU芯片基于Modbus通讯协议通过RS485数字信号通讯模块与外部进行数据通讯；MCU芯片通过DAC芯片输出4-20mA标准工业信号；

MCU芯片5通过驱动继电器对声光报警模块9以及泵阀控制模块10进行控制。

如图2所示为可热插拔PID传感器探头组成框图。包括PID传感器31、EEPROM存储芯片32、基于I2C通讯的ADC芯片33。PID传感器检测排污现场总挥发性有机化合物信号，输出模拟电压信号，经过基于I2C协议通讯的ADC芯片转换为数字信号后，基于I2C协议经过I2C扩展芯片与MCU进行通讯；EEPROM存储芯片32存储PID传感器的标定数据以及设置参数。

如图3所示为可热插拔电化学式传感器探头组成及应用框图。包括电化学式传感器211、221、231、EEPROM存储芯片212、222、232、可配置AFE稳压器213、223、233组成。电化学式传感器211、221、231检测排污现场特定气体信号，输出模拟电流信号后，经过可配置AFE稳压芯片213、223、233进行信号处理后输出电压信号，通过I2C协议与I2C扩展芯片MCU进行通讯；EEPROM存储芯片212、222、232存储不同种类电化学传感器的标定数据以及设置参数。

正常使用前，通过电容式工业触摸屏对多参数工业废气分析仪进行标定，根据需求对电化学式传感器探头的AFE芯片进行寄存器配置，对报警状态、测量气体、单位信息等基本参数进行配置。

正常使用时，MCU通过驱动泵阀控制模块，将工业废气采样到传感器气室中。可热插拔传感器探头模块采集不同种类的工业废气物理信号，处理成电压信号后，基于I2C协议经过程控多通道I2C扩展芯片与MCU进行通讯；MCU基于USART通讯协议与电容型工业触摸屏进行通讯，电容型工业触摸屏分别显示当前不同种类的工业废气浓度的值。当各类气体到达各自危险阈值时，声光报警模块现场报警，同时通过RS485数字信号通讯模块或4-20mA模拟数据输出模块将现场浓度数据上传到上位机监控平台中。为现场工作人员提供总挥发性有机化合物浓度情况，避免安全事故的发生。

使用人员可根据工况设定PID传感器的维护周期，探测器工作一段时间后，可热插拔探测器上的PID传感器探头模块，定期对传感器视窗进行维护清洗，更换紫外灯。也可根据不同种类的电化学传感器的使用寿命，无需更换主板即可更换传感器。当拔掉某个传感器探头模块时，不影响软件其他功能正常运行，重新插入PID传感器探头模块时，软件无需重启便可恢复正常工作状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。