隨著可燃性氣體種類和應(yīng)用范圍的增加，其使用場(chǎng)所和貯氣倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的泄漏、火災(zāi)爆炸事故日益增多。從安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)上考慮，研制一種檢測(cè)可燃性氣體自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)打開(kāi)排器裝置的一種控制器是非常必要的。

本設(shè)計(jì)對(duì)可燃性氣體泄漏報(bào)警、控制器進(jìn)行了深入的研究，采用了“探測(cè)器+單片機(jī)控制電路”設(shè)計(jì)思路，具有檢測(cè)誤差小，反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。選用MQ2氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，采用功能和性價(jià)比較高的STC89C52單片機(jī)作為中央處理單元，對(duì)濃度信號(hào)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、報(bào)警及打開(kāi)排氣裝置等工作

本設(shè)計(jì)的可燃性氣體報(bào)警控制器可以檢測(cè)空氣中以烷類氣體為主的多種可燃性氣體的濃度，實(shí)時(shí)顯示濃度值，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警和控制信號(hào)，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置。該報(bào)警器可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)可燃性氣體，并且可以長(zhǎng)時(shí)間可靠無(wú)誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值1.1.1課題研究的目的和意義

隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都有所增加。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及氧化碳、氫等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。它們易流動(dòng)、易燃燒，在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。當(dāng)與空氣混合后的混合物達(dá)先進(jìn)、可靠的安全監(jiān)測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱悲，采取有效措施，將事故消滅在釀成事故之前，才能確保安全生產(chǎn)，居民的人身財(cái)產(chǎn)安全才能有保證。

可燃性氣體報(bào)警控制器屬于《中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的王作計(jì)量器具目錄》中第46項(xiàng)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB16-87)第10.3.2條明確規(guī)定：“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的報(bào)警控制器，許多產(chǎn)品使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器的性能也不毛

有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p

壞使報(bào)警器不能上作：有些是因使用不當(dāng)而到一定的濃度時(shí)，就是一種爆炸性混合物，遇火就會(huì)發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，會(huì)燃起大火，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。國(guó)內(nèi)外均有不少這方面的報(bào)道，其教訓(xùn)是非常深刻的。為了防患于未然，只有采用造成故障，因此不能進(jìn)行準(zhǔn)確，安全的報(bào)警和控制。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)GB15322-2003)《可燃?xì)怏w探測(cè)器》。在2004年10月國(guó)家頒布《可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程G693-20041.2可燃性氣體報(bào)警控制器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

可燃性氣體報(bào)警控制器在國(guó)外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品。日本是最早發(fā)明燃?xì)鈭?bào)警器的因家，己有50多年的歷史。無(wú)論在氣體探測(cè)器的研制上，還是在報(bào)警器的性能上，均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。日本政府和生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報(bào)警器的使用，使燃?xì)庑孤┖捅ǖ仁鹿实氖鹿事蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。其中 FIGARO、理研都是專門(mén)研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長(zhǎng)而著稱

我國(guó)在⑦0年代初期開(kāi)始研制可燃性氣體報(bào)警控制器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單暫的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，又進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，形成自己的特色。近年來(lái)，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步

工業(yè)可燃性氣體報(bào)警控制器一般分為可燃性氣體檢漏儀(簡(jiǎn)稱“檢漏儀”)、可燃性氣體報(bào)警控制器(簡(jiǎn)稱“控制器”)、可燃性氣體探測(cè)器(簡(jiǎn)稱“探測(cè)器”)三大系列產(chǎn)品“檢漏儀”的體積較小，可隨身攜帶或手持，采用堿性電池或可充電電池供電，般可以連續(xù)工作近12小時(shí)。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖臇寺┡c巡線。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)顯示氣體濃度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。

“探測(cè)器+控制器 這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過(guò)程中使用最多的檢測(cè)儀器，可在

防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。這種儀器大都裝設(shè)在油庫(kù)、乙炔站、液化氣站和煤氣站

等易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控制器放在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，通過(guò)屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。

1.3本課題主要完成的任務(wù)第2章可燃性氣體報(bào)警控制器的方案設(shè)計(jì)

2.1氣體傳感器的選型

可燃性氣體傳感器是一個(gè)氣-電變換器，它的作用是把可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)變成電信號(hào)，進(jìn)而由單片機(jī)采集信號(hào)、數(shù)據(jù)處理、濃度顯示以便報(bào)警控制。傳感器作為對(duì)可燃性氣體的敏感元件，是各種類型(袖珍式、便攜式、固定式)儀表的核心之一。因此，傳感器的選型是非常重要的。

2.1.1氣體傳感器的種類

國(guó)外從30年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)氣體傳感器。過(guò)去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣以及礦井中的瓦斯氣體的檢測(cè)與報(bào)警，日前需要檢測(cè)的氣體種類由原來(lái)的還原性氣體(H2,CAH10,CHA等)擴(kuò)展到毒性氣體(CO0,N02,H2S,NO,NH3,PH3等)。氣體傳感器種類繁多，從原理上可以分為三大類：(1)利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體、催化燃燒等。

(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導(dǎo)、光干涉、紅外吸收等。

3)利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感：如電流型、電勢(shì)型等

下面對(duì)工業(yè)上常用的幾種氣體傳感器作以簡(jiǎn)單介紹。

(1)半導(dǎo)體氣體傳感器

這類傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料，利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，這類傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。目前，世界上許多國(guó)家開(kāi)展了對(duì)半導(dǎo)體氣敏材料的研究，其中日本、美國(guó)處十領(lǐng)先地位，我國(guó)也投入大量資金和人力進(jìn)行研究，并取得一定成果。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一

2)固體電解質(zhì)氣體傳感器

這是一種產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。它使用固體電解質(zhì)材料作為氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過(guò)氣體時(shí)產(chǎn)生離子，形成電動(dòng)勢(shì)，鋇U量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈域度和選擇性好，因而得到了廣泛的應(yīng)用，

3）接觸燃燒式氣體傳感器

這類傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式氣體傳感器。其工作原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測(cè)量阻值變化從而測(cè)量氣體濃度。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)爆炸F限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，普遍應(yīng)用于石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。這類傳感器只能測(cè)量可燃性氣體，對(duì)不可燃性氣體不敏感。在燃?xì)獗ㄏ孪迌?nèi)輸出為線性、只與燃?xì)鉂舛瘸烧取囟群蜐穸鹊淖兓瘜?duì)其工作狀態(tài)影響很小、選擇性好、反映準(zhǔn)確、精度高、再現(xiàn)性好。其不足的是催化劑壽命有限，當(dāng)在可燃性氣體與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無(wú)焰催化燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢，反應(yīng)滯緩或中毒，使靈敏度降低。

(4)高分子氣體傳感器

利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來(lái)得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理A、，2,,

性能及生變化D21高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格

低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)

中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對(duì)特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其它氣體傳感器的不足。

5)電化學(xué)傳感器

這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。氣體長(zhǎng)度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離

子，通過(guò)電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，

但壽命較短(大于等于兩4)它主要適用于毒性氣體的檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣

檢測(cè)采用該類型傳感器。