热导式全量程甲烷变送器研制

【摘要】：煤炭是国家的基础产业，生产安全是煤炭生产的重点工作，瓦斯爆炸则是严重威胁煤矿安全生产的主要隐患。由于高瓦斯矿井的瓦斯浓度跨度大，对其回收、利用过程中需要进行有效监测。因此，矿用全量程瓦斯气体探测技术对保证煤矿行业安全生产，减少矿难事故，保护生命财产损失，综合利用能源和保护环境具有重要意义。 热导式气体传感器输出信号小且易受环境温度和湿度等因素的影响，因此热导式气体传感器环境温湿度补偿方法的研究是实现热导式气体传感器全量程测量的关键技术。本文对热导式气体传感器热力学理论和测量方法进行了深入研究，提出热导式气体传感器恒温检测方法，对环境湿度和温度影响进行研究并建立数学模型，提出一种通过恒温检测与数字补偿相结合的方式进行环境湿度和温度补偿的方法，从而实现用单一热导传感器进行全量程甲烷气体测量。 本文根据变送器的设计指标和功能的要求，确定了设计的总体方案。该变送器硬件按功能划分为多个模块，采用了模块化设计方法进行了单片机系统电路模块、电源电路模块、信号放大电路模块及信号输出电路模块等设计，在此基础上进行电路调试。变送器软件设计包括主程序、温湿度数据采集程序、遥控器解码程序、标定程序、浓度数据处理程序及CAN总线通信程序等功能模块设计。 本文对传感器受环境温度和湿度的影响做了初步测试，进行了热导式全量程甲烷变送器环境温度补偿功能测试、传感器环境湿度漂移实验和传感器湿度补偿实验等，结果表明本全量程甲烷变送器满足煤矿及工业甲烷变送器标准要求，具有广阔的应用前景。 【关键词】：全量程 甲烷 热传导 温度补偿 湿度补偿
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 课题相关领域发展状况11-13
• 1.3 课题来源及主要研究内容13-15
• 第2章 全量程甲烷变送器总体方案设计15-21
• 2.1 设计要求15-16
• 2.1.1 技术指标要求15-16
• 2.1.2 防爆仪表设计要求16
• 2.2 整体设计方案的选取16-17
• 2.3 送器各主要功能模块的选取17-19
• 2.3.1 传感元件的选取17-18
• 2.3.2 输出信号方式的选取18-19
• 2.3.3 单片机的选取19
• 2.4 本章小结19-21
• 第3章 检测原理及环境温湿度补偿技术研究21-29
• 3.1 热导式气体传感器检测原理21-23
• 3.2 热导式气体传感器恒温检测技术23-25
• 3.3 恒温检测技术的优点25
• 3.4 环境湿度对测量的影响分析25-26
• 3.5 基于数字湿度补偿法的全量程甲烷检测方法26-28
• 3.6 本章小结28-29
• 第4章 硬件电路设计29-41
• 4.1 单片机系统设计29-33
• 4.1.1 单片机最小系统29-30
• 4.1.2 单总线温湿度测量接口电路30
• 4.1.3 声光报警电路30-31
• 4.1.4 红外解码电路31-32
• 4.1.5 显示电路32-33
• 4.2 电源模块电路33-36
• 4.2.1 DC-DC 转换电路33-34
• 4.2.2 基准电压电路34-35
• 4.2.3 低压差稳压电路35-36
• 4.3 信号放大电路36-37
• 4.4 信号输出电路37-40
• 4.4.1 CAN 总线接口电路37-38
• 4.4.2 频率输出接口电路及连接故障报警电路38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 系统软件设计41-53
• 5.1 软件总体方案设计41
• 5.2 主程序设计41-42
• 5.3 遥控器解码程序设计42-44
• 5.4 标定程序设计44-46
• 5.5 浓度数据处理程序设计46-47
• 5.6 温湿度数据采集程序设计47-48
• 5.7 CAN 总线通信程序设计48-51
• 5.8 本章小结51-53
• 第6章 测试实验及误差分析53-61
• 6.1 甲烷浓度配置简易装置53-54
• 6.2 环境温度补偿功能测试54-56
• 6.3 环境湿度补偿功能测试56-58
• 6.3.1 传感器环境湿度漂移实验56
• 6.3.2 传感器灵敏度实验56-57
• 6.3.3 传感器湿度补偿实验57-58
• 6.4 样机测试58-59
• 6.5 系统误差分析59-60
• 6.6 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文66-67
• 致谢67

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