矿用高低浓度甲烷气体检测器设计

【摘要】：煤矿瓦斯爆炸是造成近年来煤矿安全事故频发的主要原因，合理有效的甲烷的浓度检测技术及其及时的处理，可以有效降低煤矿事故的发生。因此，设计一个高精度的煤矿甲烷浓度检测设备，对安全生产尤为重要。 本文通过对当前国内外瓦斯检测技术的研究比较，根据各种检测原理的优缺点，采用一种组合测量的方式进行甲烷的高低浓度的全量程检测。在低浓度阶段采用催化燃烧敏感元件进行测量输出，为避免高浓度时的冲激及二值性问题，对其采用恒温控制进行供电；在高浓度阶段采用热传导敏感元件进行输出，为降低环境温度对高浓度测量结果的影响，引入温度补偿机制；为提高测量精度，避免浓度切换时跳变、延迟等问题，引入组合输出机制。本设计采用PIC16F887作为数字处理单元，进行硬件各电路模块设计；采用C语言，进行软件程序的编写。采用工业标准频率输出，供监控系统实时监测，当检测结果高于预设阈值时，检测器发出声光信号进行预警。设计中综合考虑各方面干扰因素，加入软硬件抗干扰措施，提高了检测器的测量精度和稳定性。 样机调试后进行标准浓度气体样机检测实验。对实验结果进行分析后发现，本检测器温度补偿效果良好，灵敏度高，同时测量精度远高于国家标准相关规定，同时响应速度快，可靠性高，稳定性好，具有很好的实际推广价值。 【关键词】：甲烷 热传导 催化燃烧 恒温检测
【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】：2015
【分类号】：TD712.55
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 煤矿瓦斯检测技术概述11-13
• 1.3 课题来源及主要研究内容13-14
• 第2章 检测器测量原理和总体方案设计14-25
• 2.1 检测器设计要求14-16
• 2.1.1 检测器技术指标要求14-15
• 2.1.2 防爆仪表设计要求15
• 2.1.3 检测器技术指标15-16
• 2.2 传感器工作原理16-23
• 2.2.1 催化传感器原理16-18
• 2.2.2 热传导传感器原理18
• 2.2.3 恒温检测技术原理18-20
• 2.2.4 催化原理与热传导原理相结合20-21
• 2.2.5 传感元件的选取21-23
• 2.3 检测器总体设计方案23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 硬件电路设计25-37
• 3.1 单片机系统设计25-28
• 3.1.1 单片机最小系统25-26
• 3.1.2 声光报警电路26
• 3.1.3 单总线温度测量电路26-27
• 3.1.4 红外解码电路27
• 3.1.5 显示电路27-28
• 3.2 电源模块电路28-31
• 3.2.1 DC-DC 转换电路29-30
• 3.2.2 基准电压电路30-31
• 3.2.3 低压差稳压电路31
• 3.3 信号调理电路31-33
• 3.4 信号输出电路33-35
• 3.4.1 标准频率输出接口电路33-34
• 3.4.2 连接故障报警电路34-35
• 3.5 硬件抗干扰设计35
• 3.6 本章小结35-37
• 第4章 系统软件设计37-49
• 4.1 系统主程序设计37-38
• 4.2 浓度标定程序设计38-41
• 4.3 红外解码程序设计41-43
• 4.4 温度测量程序设计43-44
• 4.5 数据处理程序设计44-45
• 4.6 信息存储程序设计45-46
• 4.7 数码显示程序设计46-47
• 4.8 信号输出程序设计47-48
• 4.9 软件抗干扰设计48
• 4.10 本章小结48-49
• 第5章 测试实验及误差分析49-56
• 5.1 甲烷浓度配制系统49-50
• 5.2 组合输出数据实验50-52
• 5.3 热传导温度补偿实验52-53
• 5.4 传感器灵敏度实验53-54
• 5.5 检测器样机测试54
• 5.6 系统误差分析54-55
• 5.7 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

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