简易危险气体泄露报警器设计方案

简

易

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设

计

系别：电气工程与

自动化

专业：自动化

姓名:

学号:

简易危险气体泄漏报警器的设计

摘要

在日常生活和工业生产中，安全是一个至关重要的环节，因为它关系到我们的人身和财产安全危险气体泄漏

预警系统可以在发生危险之前，积极采取措施，从而降低或是甚至完全排除危险。以半导体气体传感器为核心，结合7805和LM324,设计了一种简易廉价并且能够准确检测泄漏气体的危险气体泄漏报警器。当危险气体泄漏时，系统可以用蜂鸣器报警警示人们，并可连接后续器件，当危险气体的浓度达到一定数值时，将会启动排风装置，恢复正常的安全气体环境。

1引言

目前，在工业和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的压力容器，如气缸、气罐、煤

气管道等等。由于各种人为或是其他各种各样的原因，容器会产生漏孔，从而发生气体泄漏。这是一种对资源的严重浪费，不仅会对空气造成严重的污染，而且会造成人员伤亡，国内外就有过类似的事情发生。危险气体泄露预警系统的出现可以准确的判断和定位产生气体的位置，并进行及时的报警提示，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重要的意义，同时也避免了一些不必要的人员伤亡和财产损失。本论文从实际应用角度出发，设计出一种价廉物美

的危险气体泄漏报警器。

2气体泄漏报警器的定义

顾名思义，气体泄漏报警器就是气体泄露检测报警仪器。当工业或日常生活环境中可燃或有

毒气体泄露时，气体报警器检测到气体的浓度已经达到爆炸或中毒的临界点时，报警器就会发出报警信号，以提醒人们采取安全措施，并同时驱动排风、切断、喷淋等系统，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障生产、人身和财产安全。

3电路设计方案

气体泄漏报警器可由五个部分组成：传感器、二极管、三极管、运算放大器、电源模块、比较电路。传感器选择半导体气体传感器，它能感知环境中某种气体并将与气体浓度有关的信息转换成电信号。

图1基于比较电路设计的系统框图

比较电路主要以运算放大器为核心，它能够对传感器的输出电压和最初的设定值（即气体泄漏的门限值> 进行比较，当输出电压超过设定值时，进行声音报警，当输出电压超出设定值1. 5V 时，系统在进行声音报警的同时，绿色指示灯亮，启动外部驱动电路，进行自动排除危险功能。系统框图如图1所示。

报警器应具有以下特点：

1>当环境中危险气体的泄漏超过预定的门限值时，能够做到准确报警。

2＞系统正常工作，绿色指示灯亮。

3＞气体浓度达到一定浓度时，红色指示灯亮，并驱动蜂鸣器报警。

4＞拥有外部驱动开关，能够驱动排气扇等通风设备工作。

5＞电源电路可实现220V到5V的电压转换。

6＞采用声光报警。

7＞体积小。

8＞价格低廉,简单易用。

电路的整体设计原理图如图2所示。

图2系统设计原理图

4系统电路设计组成部分介绍

4. 1半导体气体传感器

气体传感器的种类很多，其中包括半导体气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学式气体传感器及固体电解质气体传感器等等，但目前应用最广泛的是半导体气体传感器。

4. 1. 1半导体气体传感器

氧化物半导体表面一旦吸附某些气体时，其电导率将会发生改变，利用半导体的这

种性质检测气体特定成分（主要是还原性气体＞的传感器称为半导体气敏传感器［1］。如图3所示。

图3传感器元件符号

4. 1. 2气敏传感器输出电压获取方式

半导体气敏传感器采用加热器对气敏元件进行加热。这时，加热器的加热温度对气敏传感器

的特性有很大影响。为此，加热器的电压恒定是非常重要的。气敏传感器的输出电压如图所示，其中与气敏传感器串联电阻Rs，该电阻的电压降就是传感器的输出电压，若检测到有害气体，传感器的气敏元件的阻值就会降低，这时，Rs两端电压就会升高，从而，输出电压发生变化［1］。考虑所确定浓度气体中气敏元件的阻值来决定Rs阻值，对于一般的应用，传感器的

输出电压为2V~ 3V时，则后续电路处理就非常方便。将传感器的输出接到比较器A1的同相输入端，当检测气体的浓度超过设定值时，A1输出高电平，控制后续电路工作，这样就构成了

简单的气体检测电路［2］,如图4所示。

图4气敏传感器电压输出获取方式

4. 2电源电路

设计思路：危险气体泄漏预警系统广泛应用于工业生产和日常生活中，考虑到平常的使用电

压是220V,所以电源电路的时段首先设计一个220V/9V的变压器,从而使该气体泄漏报警系

统在实际应用中更加的方便。连接在后面是两个并联的二极管，它起到的是整流作用，把交

流变为直流的电路。借随其后串联的电阻和电解电容，是一个小型的滤波器，当整流后的电

压通过滤波器后，输出的电压降更加平稳，有利于系统的稳定性。芯片7805是一个提供5V 的三端稳压集成电路。将电源电路的末端连接在7805后，就保证整个电路在系统的工作期

间一直连续不断的提供5V电源［3~1］。其电路图如5所示。

图5电源电路

4. 3比较电路

设计思路：气体传感器的输出电压连接在放大器LM324的同相输入端，放大器的反相输入端

连接在滑动变阻器上，在系统工作之前，调节滑动变阻器，设定最初值，此值标志系统工作环境的正常范围，当气体浓度高于设定值时，放大器输出高电平，此时的输出电压连接在另一个放大器上，进行再次放大，输出电压使得三极管导通。连接在三极管上的蜂鸣器便发出声响起到警示作用。如图6