基于MSP430微控制器的本安型气体传感器.pdfVIP

2005年 第 11期 仪 表 技 术 与 传 感 器 Instrument Techniaue and Sensor No．11 基于 MSP430微控制器的本安型气体传感器 汪献忠 ，赫树开 ，刘 巍 (1．郑州大学物理工程学院，河南 郑州 450052；2．河南省日立信电子有限公司，河南 郑州 450001) 摘要：提出了一种基于MSP430微控制器的本安型气体传感器的设计方案。综合应用了低功耗的 单片机和外围芯片，并且采用了灵敏度高、稳定性强的电化学式气体传感器。整个设计可以实现系统 的高测量精度、低功耗、本安等特性，同时可以达到数字编程和智能化处理的功能，能够广泛地应用于 气体的在线检测。 关键词：本安型；电化学；气体传感器 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1002—1841(2005)11—0015—02 Intrinsically Safe Gas Sensor Based on M SP430 M icro．controller W ANG Xian-zhong 。胍 Shu．kai2．LIU W ei (1．Zhengzhou University，Zhengzhou 450052，China；2．He’nail Relations Electronic CO Ltd，，Zhengzhou 450001，China) Abstract：A kind of design scheme of the Intrinsicaly Safe Gas Sensor Based on the MSP430 Micro-controler is presented．The ul— tralow-power single—chip MSP430，other peripheral chips and high sensitivity and strong stability electrochemistry gas sensor were used synthetically in the scheme rI1he whole design Can realize some traits such as high—precision．uhralow—power，intrinsicaly safe of the sys— tern and it also Can complete the function of the digital programming and the inteligent processing．It can be widely used to meastl~the gases on line． Key Words：Intrinsically Safe；Electrochemistry；Gas Sensor 1 引言 当电气设备因结构限制而以较小电气参数工作 时，大多数采用本安型“i”防爆类型?。其原理是：如 果某一电路或该电路中的某一部分在正常运行(即接 通和分断电路)或发生故障(例如短路或接地故障) 时，在规定实验条件下均不产生能将相应的爆炸气体 引爆的火花和热效应，那么该电路或该部分便属于本 安型。本安型设备的开发和制造，所需的附加费用最 少。因为本安型防爆类型具有独特的优越性，所以在 检测易爆气体及具有爆炸危险环境下经常被采用。 气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出 来，并将其转换为可检测信号的器件l2 J。可以利用被 测气体的物理、化学性质检测，分为物理型和化学型 两种。物理型气体传感器一般是通过电流、电导率、 光的折射率等物理量的变化来实现检测的；而化学性 则是通过化学反应、电化学反应引起物理量的变化来 检测的。由于电化学原理的气敏传感器灵敏度高、稳 定性强以及可靠性好等特点，设计中，采用的传感器 是基于电化学原理的气体传感器(如测 O2、H2等)。 气体传感器在原理上是利用溶液中的电化学反 应，将测量变换成电极电位变化。定电位电解传感器 基础技术是由两个电极组成，随检测技术和检测要求 的不断提高，在结构上有所发展和改变，现在对于气 体的检测，基本上应用三电极和四电极传感器，设计 中采用三电极传感器。定电位电解气体传感器是由 浸没在液体电解质中的3个电极构成，结构见图 1。 传感器的 3个电极分别称为工作电极(working electrode)、参 比电极 (reference electrode)和对 电极 收稿日期：2005—07—11 (counter electrode)，简称 w、R、c．其工作过程为：被测 气体由进气孑L扩散到工作电极表面，在工作电极、电 解液、对电极之间进行氧化还原反应。在工作电极输 出与被测气体浓度对应的电流信号。 电极 电