可燃有毒气体传感器特性总是会受到环境温度、湿度的影响而变化,气体报警器要能够有效实现对环境气氛的监控,有效避免误报、漏报,提高测量的准确性,必须对气体传感器进行有效的温、湿度补偿和修正。通常可燃性气体传感器特性受湿度影响较小,往往可忽略,所以本文主要考虑如何有效实现传感器的温度补偿。
传统补偿方式一般有硬件补偿和软件补偿两种。所谓硬件补偿是指直接使用温度传感器在电路中对气体传感器进行补偿,这种方式虽然简单,但只有在温度传感器和气体传感器的温度特性一致时,才能很好地补偿;很难实现宽范围的气体传感器和温度传感器的特性匹配。软件补偿方式通过传感器的温度特性曲线拟合进行算法补偿,这种方式是以一定的特性曲线作为基础,对不同的工作环境和不同传感器的温度特性,用算法处理和查表修正以得到不同的补偿效果。该方式较为复杂,对特性离散的传感器,拟合效果差。为了解决这个问题,本文提出采用双传感器补偿方式,具体来说就是选用两个特性一致(实际上只能做到非常接近)的气体传感器来实现补偿,把其中一个气体传感器A密封代替温度传感器,对另一气体传感器B进行补偿。这样的补偿方式,不仅能较好地拟合气体传感器的静态温度特性,而且对传感器的动态温度响应也能同步实现补偿。
设计原理
气体传感器所测量的值经常会发生变化。在一段短时间内可能很稳定,而在一段较长时间内则可能有缓慢起伏,或呈周期性的脉动变化,甚至出现突变的尖峰。气体传感器主要通过两个基本特性--静态特性和动态特性来反映传感器的这种变动性。
静态特性通常反映在灵敏度上。所谓的灵敏度,是指在静态工作条件下,其单位输入所产生的输出,用S表示。
动态特性是气体传感器的特有问题,反映气体传感器对随时间变化的输入响应特性。动态特性好的气体传感器,其输出特性曲线随时间变化很小。动态特性的输入与输出关系不是一个常数,而是时间的函数,随时间的变化而变化,因此常用"传递函数"表征。
由此可见,气体传感器的输入和输出关系并非简单的线性或曲线关系,要对气体传感器建立一个准确的温度修正数学模型是很困难的。通常应用时,都忽略气体传感器的动态特性,根据其静态温度响应灵敏度,采取一定的措施对其进行补偿。如通过温度传感器测出环境的温度,对气体传感器的输出特性曲线进行修正;或者直接对传感器进行硬件补偿。
采用双传感器补偿方式,可实现气体传感器动态特性的有效补偿。由于两气体传感器制造材料组分和工艺一致,它们的静态特性和动态特性基本一致,可获得较完全的补偿。
双传感器补偿的可燃性气体报警器,采用了两个同类型可燃性气体传感器,使用MOTOROLA的MC68HC05P6A微控制芯片进行数据采集、处理、修正和报警控制。系统原理图如图1。