专利名称：便携式乙烯测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是测量乙烯含量的测试仪器。
背景技术：
为保持气调保鲜库内果蔬新鲜，延长果蔬的保存期，必须控制好气调保鲜库内的氧、二氧化碳、乙烯等气体的含量及温度，特别是乙烯，具有催熟果蔬的工效。乙烯含量过高，会使果蔬过早成熟，甚至会腐烂。因此，气调保鲜库对乙烯含量的控制非常严格，一般对乙烯含量控制在几十ppm以下，方可有效的保存果蔬，一旦乙烯量过高必须脱除。做为测量乙烯气体含量的测试仪器尤为重要，它是控制气调保鲜库内乙烯气体脱除的重要依据。对几十ppm微量乙烯的测量一般采用色谱分析方法测量和电化学式传感器测量，其中色谱分析方法测量存在价格高和操作需有一定专业知识及适用范围窄等缺陷；大多数采用电化学式传感器进行测量。但是目前采用电化学式传感器测量的仪器仍然存在数字显示不稳定、用标准气体测试误差大，缺少气路装置，不能直接采集被测气体进行测量，没有通信口，不能与PC机联机等问题，不适用于对气调保鲜库直接测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种机内设有为本测试仪提供电源的供电电路、主动采集被测气体的气路装置，具有高精度稳定偏压电路，能对微量气体变化分析计算的CPU系统的便携式乙烯测试仪。
解决上述技术问题的技术方案是一种便携式乙烯测试仪，该测试仪包括有具有能显示被测气体含量显示屏和被侧气体进、出气口的机壳部分；包括气泵、将微弱气量变化转换成电信号的电化学式传感器和连接被侧气体进出气口的气路部分；为测试仪提供电源的供电电路部分；将传感器微电流变化的电信号转换成数据并显示的电子电路部分，该电子电路部分包括传感器依次连接使传感器微电流变化转换成微伏级电压信号的稳定的偏压电路、运算放大电路、将模拟信号转换成数字信号的模数转换电路和微处理器CPU，微处理器CPU连接温度补偿电路和显示部分驱动电路。
所述的电子电路部分还包括用于与计算机通讯的电压转换电路。
所述的机壳部分包括有机壳、位于机壳一侧的前面板、位于机壳另一侧的后面板和装在机壳上可折叠的提把；前面板上设置有电源开关、气泵开关、液晶显示屏、校零电位器、充电显示绿色发光二极管、欠电显示红色发光二极管、被侧气体进气口；后面板上设置有充电电路的插座、与计算机通讯的电压转换电路的插座、被侧气体出气口。
所述气路部分包括有依次串联的被侧气体进气口、气体过滤器、气泵、内部装有传感器的传感器气室、被测气体出气口；其中气泵连接气泵开关；传感器上的基准电极、敏感电极、工作电极与电子电路部分的传感器插座连接。
所述供电电路部分包括蓄电池、充电电路、DC/DC电压转换电路、电池状态检测电路和电池状态显示电路；其中蓄电池分别接DC/DC电压转换电路、电池状态检测电路和充电电路；DC/DC电压转换电路连接有三路供电输出，第一路接气泵开关，第二路接电子电路部分的偏压电路、运算放大电路和基准电压源电路，第三路接电池状态检测电路、电池状态显示电路和电子电路部分的其余部分；电池状态检测电路输出端接电池状态显示电路，电池状态显示电路将检测结果通过与其连接的充电显示绿色发光二极管、欠电显示红色发光二极管显示。
所述稳定的偏压电路、运算放大电路均连接一个为避免电压波动与整个系统不共地的基准电压源电路和与模数转换电路、微处理器CPU连接的基点电压调整电路。
所述基准电压源电路是一片高精度稳压电源芯片的输入端接工作电源正端，其公共端接工作电源负端，其输出端串联连接偏压电路和运算放大电路为其供电；所述基点电压调整电路是稳压电源芯片输出端串联电阻R19连接在串联的电阻R9、R10和校零电位器，校零电位器的分压点连接由四运算放大器构成射极跟随器电路的第二输入端，四运算放大器输出端接后级的系统地。
所述稳定的偏压电路是传感器的基准电极接低失调电压四运算放大器输出端，其敏感电极串联电阻R6、R5接低失调电压四运算放大器第一输入端，稳压电源芯片输出端串联电阻R19连接在串联电阻R3、W3分压后再连接第二输入端；稳压电源芯片输出端串联电阻R19连接在串联电阻R1、R2分压后再连接低失调电压四运算放大器第二输入端，传感器的工作电极串联电阻R8连接低失调电压四运算放大器第一输入端，低失调电压四运算放大器输出端接运算放大电路将信号放大处理。
温度补偿电路是包括两片四电压比较器，四电压比较器的第3、12脚连接电源，其八个负输入端第10、8、6、4脚分别接在电阻R38、R39、R41、R42、R43、R44、R45、R46与八联电阻排RP2串联的分压点P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18上，其八个正输入端第11、9、7、5脚接在热敏电阻与电阻串联中间接点上，其八个输出端第13、14、1、2脚连接八联电阻排，八联电阻排的八个输出端连接微处理器CPU作为温度补偿采样数据。
本发明的有益效果是本发明体积小携带方便，测量精度高，对乙烯测量范围为0-20ppm，最大超载测量范围0-100ppm，可适用于果蔬气调保鲜库的测量。本发明自备气泵，有与气调保鲜库连接的采集气体的进出口，测量非常方便。本发明有CPU系统进行控制、运算，对气调保鲜库内乙烯微量变化都能准确测出。
图1是本发明前面板示意图；图2是图1的后视图；图3是气路部分连接示意图；图4是本发明电路流程框图；图5是图4中偏压电路和运放电路电路图；图6是温度补偿采样电路。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。
图1是本发明前面板示意图；图2是图1的后视图；图3是气路部分示意图；图4是本发明电路流程框图；图5是偏压电路和运放电路；图6是温度补偿采样电路。
如图所示，本发明便携式乙烯测试仪包括有具有能显示被测气体含量显示屏5和被侧气体进出气口9、13的机壳部分1；包括气泵、将微弱气量变化转换成电信号的电化学式传感器24和连接被侧气体进出气口的气路部分20；为测试仪提供电源的供电电路部分30；将传感器24微电流变化的电信号转换成数据并显示的电子电路部分50；该电子电路部分50包括传感器24依次连接使传感器微电流变化转换成微伏级电压信号的稳定的偏压电路50-1、运算放大电路50-2、将模拟信号转换成数字信号的模数转换电路50-9和微处理器CPU50-5，微处理器CPU50-5连接温度补偿电路50-7、显示部分驱动电路50-8和用于与计算机通讯的电压转换电路50-6所述机壳部分1包括有机壳1a、位于机壳1a一侧的前面板2、位于机壳1a另一侧的后面板10和装在机壳1a上可折叠的提把14。前面板2上设置有电源开关(3)、气泵开关4、液晶显示屏5、校零电位器6、充电显示绿色发光二极管7、欠电显示红色发光二极管8、被侧气体进气口9。后面板10上设置有充电电路32的插座11、用于与计算机通讯的电压转换电路50-6的插座12、被侧气体出气口13。
所述气路部分20包括依次串联的被侧气体进气口9、气体过滤器21、气泵22、内部装有传感器24的传感器气室23、被测气体出气口13。其中气泵22的工作电源端连接气泵开关4。被测气体在气泵22的作用下，自进气口9经气体过滤器21进入传感器气室23，传感器气室23的桶壁对称处有两个微孔，分别为进气口和被测气体出气口13。传感器感24在传感器气室23内的感应面朝下，对有一定流速的被测气体进行采样。废气经被测气体出气口13排出机外。过滤器作用是滤除被测气体中的杂质和水分。
电化学式传感器24的感应面覆盖一层不透水但透气的微孔材料，在感应面存在有一定流速的被测气体时，被测气体即可渗透进传感器内部，经电化学转换使传感器的工作电极O3输出一个与气体内乙烯含量成正比的微电流信号。传感器每一ppm(百万分之一含量)感应出2.5±0.5微安电流。传感器24上的电极通过引线与电子电路部分50的传感器插座TP5连接，将微电流信号传递到电子电路部分50。
所述为测试仪提供电源的供电电路部分30包括蓄电池31、充电电路32、DC/DC电压转换电路33、电池状态检测电路34和电池状态显示电路35。其中蓄电池31分别接DC/DC电压转换电路33、电池状态检测电路34和充电电路32；DC/DC电压转换电路33连接有三路供电输出，第一路M1接气泵开关4，第二路M2接电子电路部分50的偏压电路50-1、运算放大电路50-2和基准电压源电路50-3，第三路M3接电池状态检测电路34、电池状态显示电路35和电子电路部分50的其余部分。电池状态检测电路34输出端接电池状态显示电路35，电池状态显示电路35将检测结果通过与其连接的充电显示绿色发光二极管7、欠电显示红色发光二极管8显示。
本发明是测量乙烯微量气体的仪器，由于传感器要求微电流信号如实传递必须提供一个电压稳定的平台，才能准确反映微电流信号的变化，经放大、CPU处理后的数字才准确。为了避免电压波动，偏压电路50-1、运算放大电路50-2和基准电压源电路50-3与整个系统是不共地的。IC11公共端V3端比系统地低。这就要求送入模数转换电路50-9及后部分电路的整个系统地的电压要抬升相应电压。
所述基准电压源电路50-3是一片高精度稳压电源芯片IC11的输入端V1接工作电源M2正端，其公共端V3接工作电源M2负端，其输出端V2串联电阻R19连接偏压电路50-1和运算放大电路50-2为其供电。如图4、图5所示，供电电路部分30中DC/DC转换电路33输出端M2点接基准电压源电路50-3作为该电路的工作电源，精密稳压电源芯片IC11选用型号MAX874，产生高精度稳定电压。C6-C9是滤波电容，R19是一个低阻值电阻，共同起到电源退偶作用。
基点电压调整电路50-4是稳压电源芯片IC11输出端V2串联电阻R19连接在串联的电阻R9、R10和校零电位器6，校零电位器6的分压点连接由四运算放大器IC2构成射极跟随器电路的第二输入端S3，四运算放大器IC2输出端S1接后级的系统地。
IC2是一个高精度、低失调电压、自温度补偿、自校零四运算放大器，选用型号MAX479。R9、R10、校零电位器6对IC11输出端(V2)分压后的电压送IC2第二输入端S3，IC2输出值等于偏压电压值，IC2输出端S1接后部分电路的系统地。基点电压调整实际是将后部分电路的系统地抬升一个偏压电压值，这个作用在下面说明当气体内不含有乙烯成分时，传感器(24)的工作电极(O3)输出电流为零，IC1B输出端电压等于偏压电压值。由于上述后部分电路的系统地抬升了一个偏压电压值，所以此时IC1B输出端电压相对于后部分电路的系统地为零。
当气体内含有乙烯成分时，传感器(24)的工作电极(O3)输出电流为IX，IC1B输出端输出电压值＝IX·R8·(R7/R8)+偏压电压值。(输出电压是对IC11公共端的电压)。由于上述后部分电路的系统地抬升了一个偏压电压值，所以此时IC1B输出端电压相对于后部分电路的系统地为IX·R8·(R7/R8)。这就看出了IC1B输出端相对于后部分电路的系统地的电压与工作电极(O3)输出电流IX成正比，我们称此电压为U2。也即U2正比于气体内乙烯含量。
所述稳定的偏压电路50-1是传感器24的基准电极O1接低失调电压四运算放大器IC1A输出端S7，其敏感电极O2串联电阻R6、R5接低失调电压四运算放大器IC1A第一输入端S6，稳压电源芯片IC11输出端V2串联电阻R19连接在串联电阻R3、W3分压后再连接IC1A第二输入端S5；稳压电源芯片IC11输出端V2串联电阻R19连接在串联电阻R1、R2分压后再连接低失调电压四运算放大器IC1B第二输入端S10，传感器24的工作电极O3串联电阻R8连接低失调电压四运算放大器IC1B第一输入端S9，低失调电压四运算放大器IC1B输出端S8接运算放大电路50-2将信号放大处理。
IC1A、IC1B、IC1C、IC1D选用型号为MAX479高精度、低失调电压、自温度补偿、自校零四运算放大器。传感器24的敏感电极O2端经电阻R6、R5接IC1A第一输入端。电阻R6、R5和电容C1的作用是将敏感电极感应出的微弱信号整形延时处理。由电阻R3、W3对IC11输出端V2分压后的电压送IC1A第二输入端。电阻R1、R2对IC11输出端V2分压后的电压送IC1B第二输入端S10。由于MAX479是低失调电压运算放大器，IC1B第一输入端S9的电压与第二输入端S10的电压只有不大于几毫伏差别。第一输入端S9经电阻R8(R8阻值10欧)接传感器24的工作电极O3。IC1A、IC1B和外围元件共同在传感器24的基准电极O1和工作电极O3间产生一个300毫伏偏压。这个偏压电压值不一定要求很准，但稳定度要求极高，两微伏的电压波动即会在显示屏末位数字有一个字的变化。传感器24的敏感电极O2在被测气体作用下反应出的微电流经工作电极O3输出。这个微电流在电阻R8两端依据欧姆定律产生一个微信号电压U1，叠加在偏压电压值上。接在IC1B第一输入端与输出端间的R7、C2是典型的运算放大接线方式。IC1B输出端输出电压值＝U1·(R7/R8)+偏压电压值。输出电压是对IC11公共端V3的电压。
运算放大电路(50-2)由IC1C、IC1D和外围元件组成两级典型运算放大电路。电压U2接在IC1C第一输入端S3与系统地间，IC1C输出端S1输出电压U3＝U2·(R13/R12)，R14是输出负载。电压U3接在IC1D第一输入端S12与系统地间，IC1D输出端S14输出电压U4＝U3·(W2/R15)。R16是输出负载。U4正比于气体内乙烯含量。
模数转换电路50-9主要包括型号为MC14433的模数转换电路芯片。运算放大电路50-2的U4接模数转换电路50-9正输入端P1和负输入端P2(系统地)，经转换后的数字数据送型号为AT89C52-24PI微处理器CPU电路50-5的P0.0-P0.7口。
温度补偿电路50-7是包括两片四电压比较器IC8、IC9，四电压比较器IC8、IC9的第3、12脚连接电源，其八个负输入端第10、8、6、4脚分别接在电阻R38、R39、R41、R42、R43、R44、R45、R46与八联电阻排RP2串联的分压点P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18上，其八个正输入端第11、9、7、5脚接在热敏电阻R40与电阻R47串联中间的接点P19上，其八个输出端第13、14、1、2脚连接微处理器CPU50-5作为温度补偿采样数据。
两片四电压比较器IC8、IC9选用型号LM339芯片。IC8、IC9的八个负输入端第10、8、6、4脚分别接电阻R38、R39、R41、R42、R43、R44、R45、R46与八联电阻排RP2串联中点的八个不同分压点P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18。八联电阻排RP2有八个电阻的输出端和一个公共端，八个电阻阻值相等。R40是一个负温度系数的热敏电阻与R47串联，生成一个随温度上升而上升的电压(温敏电压)，接在四电压比较器IC8、IC9的八个正输入端第11、9、7、5脚。将仪器工作温度范围分为八段，温敏电压高于哪几个电压比较器负输入端，相关的几个电压比较器的输出端第13、14、1、2脚输出高电平，另外几个电压比较器的输出端输出低电平。
八联电阻排RP3同样有八个电阻的输出端和一个公共端，八个电阻阻值相等。作为四电压比较器IC8、IC9输出端第13、14、1、2脚上拉电阻。
连接四电压比较器IC8、IC9输出端第13、14、1、2脚的八联电阻排RP3的输出端T1至T8连接在微处理器CPU50-5的P1.0-P1.7口，作为微处理器电路50-5温度补偿采样数据。
微处理器CPU电路(50-5)包括型号AT89C52-24PI的CPU和型号为MAX813的看门狗芯片。模数转换电路(50-9)转换后的数字数据和温度补偿采样电路50-7四电压比较器IC8、IC9输出端T1至T8的温度补偿采样数据送微处理器电路50-5，经CPU软件处理、计算后由CPU的输出端P2.0-P2.7口接显示部分驱动电路50-8中的液晶数字显示屏5，显示部分驱动电路芯片型号为MC14543。微处理器电路50-5的输出端P3.0、P3.1口接用于与计算机通讯的电压转换电路50-6，电压转换电路芯片型号为MAX232C，转换成标准的RS-232C串行信号，与计算机通信，便于存储数据。
下面对本发明的使用过程进行说明。
首先，将被侧气体进气口9通过软管连接气调保鲜库采气口，直接采样。打开电源开关3，调整校零电位器6，在液晶显示屏5上显示“00.0”(此时说明在没有与气调保鲜库连通，显示的是空气中乙烯值)。打开气泵开关4，抽取样气，被测气调保鲜库气体中的乙烯含量值在液晶显示屏5上显示出被测值。当本发明机内电池电压过低时，欠电显示红色发光二极管8亮，此时应充电。充电时，只需将附带的充电器分别接入220V电源和后面板10充电电路的插座11，此时充电显示绿色发光二极管7亮。如果本发明需要与计算机连接，只需将连接计算机的通讯线接在后面板10上的插座12，实现本发明与计算机连接。
权利要求
1.一种便携式乙烯测试仪，其特征是该测试仪包括有具有能显示被测气体含量显示屏(5)和被侧气体进、出气口(9)、(13)的机壳部分(1)；包括气泵、将微弱气量变化转换成电信号的电化学式传感器(24)和连接被侧气体进出气口的气路部分(20)；为测试仪提供电源的供电电路部分(30)；将传感器(24)微电流变化的电信号转换成数据并显示的电子电路部分(50)，该电子电路部分(50)包括传感器(24)依次连接使传感器微电流变化转换成微伏级电压信号的稳定的偏压电路(50-1)、运算放大电路(50-2)、将模拟信号转换成数字信号的模数转换电路(50-9)和微处理器CPU(50-5)，微处理器CPU(50-5)连接温度补偿电路(50-7)和显示部分驱动电路(50-8)。
2.根据权利要求1中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述的电子电路部分(50)还包括用于与计算机通讯的电压转换电路(50-6)。
3.根据权利要求1或2中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述的机壳部分(1)包括有机壳(1a)、位于机壳(1a)一侧的前面板(2)、位于机壳(1a)另一侧的后面板(10)和装在机壳(1a)上可折叠的提把(14)；前面板(2)上设置有电源开关(3)、气泵开关(4)、液晶显示屏(5)、校零电位器(6)、充电显示绿色发光二极管(7)、欠电显示红色发光二极管(8)、被侧气体进气口(9)；后面板(10)上设置有充电电路(32)的插座(11)、与计算机通讯的电压转换电路(50-6)的插座(12)、被侧气体出气口(13)。
4.根据权利要求1或2中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述气路部分(20)包括有依次串联的被侧气体进气口(9)、气体过滤器(21)、气泵(22)、内部装有传感器(24)的传感器气室(23)、被测气体出气口(13)；其中气泵(22)连接气泵开关(4)；传感器(24)上的基准电极(O1)、敏感电极(O2)、工作电极(O3)与电子电路部分(50)的传感器插座(TP5)连接。
5.根据权利要求1或2中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述供电电路部分(30)包括蓄电池(31)、充电电路(32)、DC/DC电压转换电路(33)、电池状态检测电路(34)和电池状态显示电路(35)；其中蓄电池(31)分别接DC/DC电压转换电路(33)、电池状态检测电路(34)和充电电路(32)；DC/DC电压转换电路(33)连接有三路供电输出，第一路(M1)接气泵开关(4)，第二路(M2)接电子电路部分(50)的偏压电路(50-1)、运算放大电路(50-2)和基准电压源电路(50-3)，第三路(M3)接电池状态检测电路(34)、电池状态显示电路(35)和电子电路部分(50)的其余部分；电池状态检测电路(34)输出端接电池状态显示电路(35)，电池状态显示电路(35)将检测结果通过与其连接的充电显示绿色发光二极管(7)、欠电显示红色发光二极管(8)显示。
6.根据权利要求1或2中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述稳定的偏压电路(50-1)、运算放大电路(50-2)均连接一个为避免电压波动与整个系统不共地的基准电压源电路(50-3)和与模数转换电路(50-9)、微处理器CPU(50-5)连接的基点电压调整电路(50-4)。
7.根据权利要求6中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述基准电压源电路(50-3)是一片高精度稳压电源芯片(IC11)的输入端(V1)接工作电源(M2)正端，其公共端(V3)接工作电源(M2)负端，其输出端(V2)串联电阻(R19)连接偏压电路(50-1)和运算放大电路(50-2)为其供电；所述基点电压调整电路(50-4)是稳压电源芯片(IC11)输出端(V2)串联电阻(R19)连接在串联的电阻[R9、R10]和校零电位器(6)，校零电位器(6)的分压点连接由四运算放大器(IC2)构成射极跟随器电路的第二输入端(S3)，四运算放大器(IC2)输出端(S1)接后级的系统地。
8.根据权利要求1或2中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述稳定的偏压电路(50-1)是传感器(24)的基准电极(O1)接低失调电压四运算放大器(IC1A)输出端(S7)，其敏感电极(O2)串联电阻[R6、R5]接低失调电压四运算放大器(IC1A)第一输入端(S6)，稳压电源芯片(IC11)输出端(V2)串联电阻(R19)连接在串联电阻[R3、W3]分压后再连接(IC1A)第二输入端(S5)；稳压电源芯片(IC11)输出端(V2)串联电阻(R19)连接在串联电阻[R1、R2]分压后再连接低失调电压四运算放大器(IC1B)第二输入端(S10)，传感器(24)的工作电极(O3)串联电阻(R8)连接低失调电压四运算放大器(IC1B)第一输入端(S9)，低失调电压四运算放大器(IC1B)输出端(S8)接运算放大电路(50-2)将信号放大处理。
9.根据权利要求1中所述的便携式乙烯测试仪，其特征是所述温度补偿电路(50-7)是包括两片四电压比较器(IC8)、(IC9)，四电压比较器(IC8)、(IC9)的[第3、12脚]连接电源，其八个负输入端[第10、8、6、4脚]分别接在电阻[R38、R39、R41、R42、R43、R44、R45、R46]与八联电阻排(RP2)串联的分压点[P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18]上，其八个正输入端[第11、9、7、5脚]接在热敏电阻(R40)与电阻(R47)串联中间接点(P19)上，其八个输出端[第13、14、1、2脚]连接八联电阻排(RP3)，八联电阻排(RP3)的八个输出端[T1至T8]连接微处理器CPU(50-5)作为温度补偿采样数据。
全文摘要
本发明公开一种便携式乙烯测试仪，该测试仪包括有具有显示屏和被侧气体进、出气口的机壳部分；包括气泵、电化学式传感器和连接被侧气体进出气口的气路部分；为测试仪提供电源的供电电路部分；将传感器微电流变化的电信号转换成数据并显示的电子电路部分，该电子电路部分包括稳定的偏压电路、运算放大电路模数转换电路和微处理器CPU，微处理器CPU连接温度补偿电路和显示部分驱动电路。本发明的有益效果是体积小携带方便，测量精度高，对乙烯测量范围为0－20ppm，最大超载测量范围0－100ppm，可适用于果蔬气调保鲜库的测量。自备气泵，直接连接气调保鲜库的采集口，测量方便。有CPU系统进行控制、运算，能准确测出乙烯微量变化。
文档编号G12B9/02GK1595135SQ20041001997
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月13日 优先权日2004年7月13日
发明者郭晓光 申请人:郭晓光