一種氫氣濃度檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種氫氣濃度檢測儀，具體涉及一種基于五氧化二鈮納米線制備氫敏元件的氫氣濃度檢測儀，屬氫氣濃度傳感與測控儀器技術領域。
【背景技術】
[0002]氫氣是一種可再生綠色能源，并且無污染、能量密度大和應用面廣等越來越受到人們的青睞，并在化工、航天、軍工等行業(yè)得到廣泛的應用。但氫氣屬于易燃易爆氣體，在使用過程中需要嚴格控制防止其泄露，所以研究高性能的氫氣傳感器及其檢測裝置是十分重要的。
[0003]目前，市場應用的氫氣傳感器還存在諸多技術問題，如半導體型氫氣傳感器需要在高溫條件下加熱、功耗大，且只能定性檢測，無法實現(xiàn)濃度的精確測量；催化燃燒型氫氣傳感器也是一種高溫工作的熱式元件，其缺點是易中毒，功耗大，穩(wěn)定性不好；電化學型氫氣傳感器不需加熱工作，但工作溫度范圍較窄，電解液易干涸，壽命短；光學型氫氣傳感器是氫敏材料涂到光學器件上，這種傳感器經多次循環(huán)后易出現(xiàn)脫層、起泡現(xiàn)象，因而使用壽命較短。另外，目前實際應用中氫氣傳感器還存在以下缺點:
[0004]①不能在寬的氫氣濃度范圍內產生與氫敏濃度呈線性關系的響應，靈敏度不夠尚、響應時間長；
[0005]②不能很好地解決溫度、濕度、壓強等的影響；
[0006]③穩(wěn)定性不好。
[0007]針對以上問題，本申請人于2011年I月15日申請發(fā)明專利《一種五氧化二鈮納米線的大面積制備方法及其氫敏元件》(申請?zhí)?201110026084.2)并獲得授權，利用該Nb205納米線作為敏感材料，通過濺射制備Pt電極制作的氫敏元件具有尺寸小、功耗低等特點，在室溫下對含氫氣氛表現(xiàn)出較快的響應速率和較高的靈敏度，有望降低氫敏傳感器的尺寸、功耗和生產成本。
[0008]另一方面，受環(huán)境溫度及濕度影響，氫氣濃度在測量時的實際值與真實值存在一定誤差，現(xiàn)有的氫氣濃度檢測儀器均未考慮該方面影響，因此需要對實時測得的氫氣濃度進行修正。

【發(fā)明內容】

[0009]本實用新型的目的是克服【背景技術】提出問題，提供一種氫氣濃度檢測儀，是基于發(fā)明專利CN102180518B所公開的氫敏元件的氫氣濃度檢測儀，并結合環(huán)境溫度及濕度因素，對實時檢測的氫氣濃度進行修正。所述氫氣濃度檢測儀具備工作溫度高、壽命長、靈敏度高、響應時間短、穩(wěn)定性好特點。
[0010]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0011]—種氫氣濃度檢測儀，包括氫敏元件和分壓電路、降噪濾波電路、A/D轉換電路、單片機及控制電路、液晶顯示電路、報警電路、溫濕度采集電路、時鐘電路和串口通信電路；所述氫敏元件包括:由熱氧化法大面積制備的五氧化二鈮納米線膜作為敏感材料，所述敏感材料上蓋有預先制作的電極圖形掩模板，所述納米線模上表面兩側制備有長方形或圓點形Pt電極，所述Pt電極上還有引出的銅導線；所述A/D轉換電路包括ADS1256模塊，所述溫濕度采集電路包括溫濕度傳感器DHTl I模塊，所述串口通信電路包括CH340模塊，串口通信電路用于與上位機通信，將檢測結果傳輸至上位機存檔及數(shù)據(jù)分析；所述時鐘電路包括與單片機連接的標準時鐘電路模塊，所述液晶顯示電路包括與單片機連接的液晶顯示屏，所述報警電路包括與單片機連接的聲光報警模塊；其特征在于:
[0012]所述氫敏元件和分壓電路是氫氣濃度信號采集輸入電路，所述分壓電路包括氫敏元件和精密電阻，氫敏元件的一端接地、另一端與精密電阻串聯(lián)后再連接至電源正極，氫敏元件的另一端還與所述降噪濾波電路輸入端連接，降噪濾波電路輸出端連接到A/D轉換電路之ADS1256模塊的信號輸入端第7腳，A/D轉換電路將模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號后輸出至單片機及控制電路信號輸入端，所述單片機根據(jù)輸入電壓值以及精密電阻阻值計算出氫敏電阻的實時電阻中間值；與此同時，所述溫濕度采集電路通過溫濕度傳感器實時檢測被測環(huán)境的溫度和濕度，再將檢測數(shù)據(jù)傳送至單片機及控制電路；
[0013]單片機及控制電路根據(jù)實時溫濕度數(shù)據(jù)與氫敏電阻實時電阻值對應關系，對所述氫敏電阻的實時電阻中間值進行修正，最后再根據(jù)電阻一一氫氣濃度比例關系，將氫氣濃度數(shù)據(jù)傳送至液晶顯示電路的顯示屏上；當氫氣濃度大于限定值時，單片機及控制電路啟動聲光報警裝置發(fā)出報警信號。
[0014]如上所述一種氫氣濃度檢測儀，其特征在于:所述降噪濾波電路包括第一電阻和第二電阻、第一電容和第二電容，第一電阻是信號輸入端，第一電阻與第二電阻串聯(lián)，第二電阻是信號輸出端，第一電容與第二電容的一端分別跨接在第二電阻的兩端、另一端接地。
[0015]如上所述一種氫氣濃度檢測儀，其特征在于:所述單片機及控制電路包括供電電路、型號為STC15F2K60S2單片機、復位電路；所述供電電路包括MAX603、MAX604模塊，用于將電池組或外接直流電源穩(wěn)壓為標準直流3.3V和5V電源；所述復位電路包括復位開關S1、電阻R2和R3、電容C4，所述復位開關SI和電容C4的一端與5V電源連接，復位開關SI的另一端與電阻R2串聯(lián)，電阻R2的另一端與電容C4的另一端以及電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端接地，電阻R3的一端連接至單片機第13腳；
[0016]所述單片機STC15F2K60S2的第3腳接入溫濕度傳感器DHTl I模塊輸出信號、第18腳和第19腳分別接至串口通信電路的信號輸入端RXD和TXD、第36腳接A/D轉換電路的信號輸出端第22腳。
[0017]如上所述一種氫氣濃度檢測儀，其特征在于:有相同的雙路氫氣濃度信號采集輸入電路，構成單片機的一主一備雙路氫氣濃度信號米集輸入端MOSI和MISO ;每一路氫氣濃度信號采集輸入電路均包括氫敏元件和分壓電路以及與分壓電路連接的降噪濾波電路，所述二個降噪濾波電路的輸出端分別連接至A/D之ADS1256模塊的信號輸入端第7腳和第8腳，所述ADS1256模塊的信號輸出端第22腳和第23腳分別接至單片機信號輸入端第36腳本和第37腳。
[0018]本實用新型有益效果是:本實用新型氫氣濃度檢測儀是基于本申請人已獲授權的發(fā)明專利CN102180518B所公開的氫敏元件、結合環(huán)境溫度及濕度因素對實時檢測的氫氣濃度進行修正，所述氫氣濃度檢測儀具備工作溫度高、壽命長、靈敏度高、響應時間短、穩(wěn)定性好特點。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例結構原理圖；
[0020]圖2是單個分壓電路原理圖；
[0021]圖3是二個獨立降噪濾波電路原理圖；
[0022]圖4是A/D轉換電路原理圖；
[0023]圖5是單片機電路原理圖；
[0024]圖6是復位電路原理圖；
[0025]圖7是溫濕度采集電路原理圖；
[0026]圖8是串口通信電路原理圖；
[0027]圖9是供電電路原理圖；
[0028]圖10是氫敏元件電阻值與氫氣濃度的關系曲線圖；
[0029]圖11是氫敏元件電阻值與環(huán)境溫度的變化關系曲線圖；
[0030]圖12是氫敏元件電阻值與環(huán)境濕度的變化關系曲線圖。
[0031]圖中的標記說明:STC15F2K60S2—單片機，ADS1256—A/D轉換模塊，DHTlI—溫濕度傳感模塊，CH340—串口通信模塊，MAX603和MAX604—穩(wěn)壓模塊，SI—復位按鈕。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本實用新型實施例作進一步說明:
[0033]附圖1是本實用新型實施例氫氣濃度檢測儀的結構原理圖，包括氫氣濃度傳感器、數(shù)據(jù)采樣與處理電路、聲光報警、濃度顯示和上位機通信接口。其中:數(shù)據(jù)采樣與處理電路包括:A/D轉換電路，用于將氫氣濃度傳感器檢測到的氫氣濃度的模擬信號轉換為數(shù)字信號后傳送到單片機STC15F2K60S2的信號輸入端(36腳)，與單片機輸入信號相連的，還有溫度傳感器、濕度傳感器，單片機根據(jù)輸入電壓值以及精密電阻阻值計算出氫氣傳感器實時電阻值，再根據(jù)電阻一一氫氣濃度比例關系，將氫氣濃度數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，當氫氣濃度大于限定值時，單片機控制電路啟動聲光報警裝置發(fā)出報警信號。溫濕度采集電路是利用溫度傳感器和濕度傳感器實時檢測被測環(huán)境的溫度和濕度，再將檢測數(shù)據(jù)傳送至單片機控制電路，所述單片機控制電路根據(jù)實時溫濕度數(shù)據(jù)與氫氣傳感器實時電阻值對應關系，計算出實際氫氣濃度值。
[0034]本實用新型氫氣濃度檢測儀技術方案是基于發(fā)明專利CN102180518B所公開的氫敏元件的氫氣濃度檢測儀，由圖1可知，氫氣濃度檢測儀包括氫氣傳感器和分壓電路、降噪濾波電路、A/D轉換電路、單片機及控制電路、液晶顯示電路、報警電路、溫濕度采集電路、串口通信電路，還有時鐘電路(圖1中未畫出)。氫氣傳感器是發(fā)明專利CN102180518B所公開的氫敏元件，A/D轉換電路、液晶顯示電路、報警電路、時鐘電路和串□通信電路均是公知的模塊化數(shù)字電路，由圖4可知，A/D轉換電路包括ADS1256模塊，由圖7可知，溫濕度采集電路包括溫濕度傳感器DHTll模塊；所述串口通信電路(圖8)用于與上位機通信，將檢測結果傳輸至上位機存檔及數(shù)據(jù)分析。
[0035]本實用新型實施例中，氫氣濃度信號采集輸入電路是雙路相同的分壓電路，該二路分壓電路構成單片機的一主一備雙路氫氣