本科毕业设计--可燃气体报警器电路设计.docx
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可燃气体报警器电路设计摘 要
随着可燃性气体种类和应用范围的增加，其使用场所和贮气仓库内气体的泄漏、火灾爆炸事故日益增多，因此研制一种检测可燃性气体自动报警和自动打开排气装置的一种报警器是非常必要的。
本次设计的可燃气体报警器电路，可以检测多种可燃性气体并对其进行报警，在本设计中选用了气敏传感器GS-A2，利用GS-A2检测可燃气体的浓度，当浓度达到报警临界值时进行声光报警。
气体信号检测部分主要由传感器GS-A2和分压电阻构成，然后通过运算放大器构成的滞回比较电路和反向比例运算电路输出控制信号。
由于气敏传感器GS-A2开始通电时会有一段时间阻值很小，为了防止其发生误报警，检测电路需配合延时电路才能保证其准确性。
控制信号通过报警电路实现声光报警及控制机外排风设备等联动装置，从而实现可燃气体报警器的电路设计。
关键词：
报警器；GS-A2；误报警；控制信号
TheCircuitDesignofFlammableGasAlarmApparatusABSTRACT
Withtheincreaseofcombustiblegastypesandapplicationscope,theuseplaceofgasleakage,fireandgasstoragewarehouseexplosionaccidentsareincreasing,sodevelopanautomaticdetectingcombustiblegasalarmandautomaticallyopentheexhaustdeviceofanalarmsystemisverynecessary.Thedesignoftheflammablegasalarmcircuitcandetectavarietyofflammablegasandalarmit.InthisdesignchosegassensorGS-A2,usingGS-A2testingtheconcentrationofthecombustiblegas,tosoundandlightalarmwhentheconcentrationreachesacriticalvalue.ThegassensorsignaldetectingsectionmainlyconsistedbyGS-A2andthevoltagedividingresistors,andoutputacontrolsignalthroughthehystereticcomparatorcircuitconstitutedbyoperationalamplifierandreverseproportionalarithmeticcircuit.SincegassensorGS-A2startswhenpowerisminimalresistanceforsometime,inordertopreventfalsealarms,thedetectioncircuitmustcomplywithinordertoensureitsaccuracydelaycircuit.Controlsignalthroughthealarmcircuittorealizesoundandlightalarmandcontrolclosedexhaustequipmentlinkage,soastorealizethecircuitdesignofcombustiblegasalarm.
Keywords：
AlarmApparatus；GS-A2；FalseAlarm；ControlSignal
目 录
１ 引言 1
1.1课题研究的意义、现状 1
1.2课题研究的要求及内容 1
2电路设计 2
2.1总体思路 2
2.2可燃气体检测及信号处理电路设计 2
2.2.1气敏传感器GS-A2介绍 2
2.2.2可燃气体检测及信号处理 4
2.3报警电路设计 6
2.3.1声报警电路 7
2.3.2光报警及联动电路 9
2.4±5V稳压电源设计 10
3电路调试 13
4 结论 14
参考文献 15
致谢 15
附录 17
１ 引言
1.1课题研究的意义、现状
在很多工业领域，比如石油，采矿，冶金，化工等行业，都会用到或者产生可燃气体。
近年来，随着燃气的变革，可燃气体已经成为了大多数城乡居民取暖和做饭的燃料。
但由于各种各样的原因，如漏气，阀门故障，使用产品不当等原因造成的可燃气体泄露，室内可燃气体浓度上升，当浓度上升到一定程度会引起人中毒甚至死亡，如果遇到火花等，还可能引起爆炸，造成人身伤亡和财产损失。
由于可燃气体的危害性严重影响了人们的生活安全，因此怎样防止可燃气体中毒与爆炸至关重要。
可燃性气体报警器在国外己经发展成为一种相当成熟的产品。
日本是最早发明燃气报警器的国家，己有50多年的历史。
无论在气体探测器的研制上，还是在报警器的性能上，均处于国际领先水平。
日本政府和生产企业大力推广报警器的使用，使燃气泄漏和爆炸等事故的事故率远远低于欧美等发达国家。
其中FIGARO、理研都是专门研制、生产可燃性气体报警控制器的厂家，他们生产的产品以采用最先进的气敏传感器、响应速度快、性能可靠、寿命长而著称。
我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。
但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，又进行研究与开发，形成自己的特色。
近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步[1]。
1.2课题研究的要求及内容
可燃气体报警器行业迅速形成并发展，国内许多企业都进行关于可燃气体报警器的新产品的开发以及产品工艺的改进，但是由于新产品价格昂贵，稳定性方面也存在问题，生产工艺落后，这使得当前可燃气体报警器研制开发工作应将报警器的微型化、精密化、稳定化作为技术工作重点和目标[2]。
本次设计选用半导体气敏传感器GS-A2（由于这种传感器具有长期的稳定性、较高的灵敏度、良好的抗干扰能力、较好的重复性）检测可燃气体，与滞回比较电路和反向比例运算电路部分构成可燃气体检测电路。
检测电路经过信号比较、放大处理等输出控制信号，将其安装在可能有可燃气体泄露的位置附近对可燃气体浓度进行监测控制。
本次设计的另外一个重要部分是驱动报警电路，报警电路采用NE555芯片组成振荡电路，当检测电路输出的控制信号输入后，经过电路输出脉冲信号并驱动报警器工作发出声音报警；此外，三极管放大电路、LED发光二极管及电磁继电器组成的光报警联动电路，可以对检测电路发出的控制信号作出光报警动作，而且继电器作为联动开关可以外接排风装置能迅速采取动作，及时减少空气中可燃气体浓度等，从而减少中毒、火灾及爆炸等安全隐患，有效保障人们生命财产安全。
17
2电路设计
2.1总体思路
传感元件
供
电
电源
信号检测
信号放大与比较
驱动及报警
当空气中可燃气体浓度上升到一定值时，可燃气体检测电路发出控制信号，驱动声、光报警以及外部设备联动。
当可燃气体浓度在设置的临界报警浓度附近徘徊时，会使报警器报警部分不停地开和关，继电器不停地吸合和断开，为了防止抖动现象，保证此设计的稳定性，电路中引入了滞回比较器，有效的减少了外部的干扰。
当电路电源刚刚接通时，由于气敏传感器的初始电阻值很小，电路会发生误报警现象，为了防止此现象的发生，在电路中加入了延时电路以防止报警器的误报警动作。
本电路整体上可以分为四部分：
可燃气体检测电路、信号处理电路、报警电路及联动控制系统、±5V稳压电源电路。
电路的总体结构框图如图2-1所示。
图2-1 电路总体结构图
2.2可燃气体检测及信号处理电路设计
本设计采用气体传感器GS-A2为气体浓度检测元件。
当气体传感器GS-A2检测到可燃气体浓度变化时，其阻值发生变化，使电路输出检测信号[3]。
为了抑制外界干扰和提高电压驱动能力在电路中引入滞回比较器和反相比例运算放大电路。
由于开始给整个电路通电时，气体传感器GS-A2的电阻值比其正常工作时电阻值小很多，导致电阻R1分压较大，会使电路发生误报警。
为了防止这一现象，就需要在电路中加一个延时电路来延迟初次报警时间。
2.2.1气敏传感器GS-A2介绍
气敏传感器GS-A2属于电阻型半导体气敏传感器。
金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电阻率，通过对电流变化的比较，来激发报警电路。
半
导体式传感器测量时对环境变化较为敏感，输出线性不稳定。
金属氧化物半导体式传感器，因为其对燃气浓度反应十分灵敏，所以目前被广泛应用在测量可燃气体微漏的领域中。
由于半导体与吸附分子间存在能量差，气体分子被吸附在半导体表面上，在半导体表面和吸附分子之间将发生电荷的重新排列。
对于如TiO2、SnO2等N型半导体，如果吸附的是具有还原性的甲烷气体，这时电子从甲烷向半导体表面转移，使半导体表面电子的密度增加，从而使半导体电阻率下降。
通过阻值的变化在电路中实现分压或限流，从而在电路中实现对可燃气体的检测[4]。
气敏传感器GS-A2在正常情况下具有一定阻值R，随着周围可燃气体浓度增大而阻值逐渐变小。
根据测量电路（图2-2）对其进行测试。
由于GS-A2在主电路中作为阻值随气体浓度变化的变值电阻使用，它可以将周围可燃气体浓度信号转化成电信号配合后面的滞回电路和反向运算放大电路控制报警电路，从而发挥对可燃气体的报警功能。
要设计此报警器电路首先要了解GS-A2的内部结构电路，如图2-2所示。
图2-2 传感器测量电路
煤气（H2）气敏传感器GS-A2技术指标如表2-1所示。
空气中的电
表2-1GS-A2技术指标
参数名称 加热电压 测量电压 响应时间
恢复时间
灵敏度
阻
符号 Vh Vc Ro Tres
trec
β
单位 V V KΩ S
S
倍
参数值 5+0.1 5～10 分档 ≤10
≤30
≥5
[标注] ①标定气体为1000ppm氢气。
②Ro在50KΩ～1000KΩ间，可按用户要求分档供应。
工作在温度：
-10℃～+45℃；湿度：
≤95%RH的环境；
检测范围：
100～5000PPM；标定气体：
CO含量≤10%人工煤气400～5000PPM；
CO含量≤20%人工煤气400～2500PPM；
CO含量≤30%人工煤气250～1500PPM。
2.2.2可燃气体检测及信号处理
（1）可燃气体检测
可燃气体检测电路主要完成对可燃气体浓度信号向电信号的转换，此电路主要由图2-3中传感器GS-A2和分压电阻R1构成气体信号检测部分，RP1与R2构成比较电压部分，通过调节RP1的阻值，可以设定报警电压，而报警电压对应着相应的气体浓度。
采用气敏传感器GS-A2检测空气中的可燃气体浓度，当可燃气体浓度变化时，气敏传感器GS-A2阻值发生变化，检测电路输出相应的控制信号。
当气体传感器GS-A2检测到可燃气体
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