[发明专利]一种适用于多种气体的快速气体定量检测装置

说明书

本发明属气敏传感测试技术领域，具体涉及一种适用于多种气体的快速气体定量检测装置，包括以下部分：半导体气体敏感材料传感器(1)、激励‑采样电路(2)、单片机(3)、通讯/电源接口(4)、显示屏(5)及电源模块(6)。本发明可以准确、实时的检测多种半导体气体传感器元件的电阻及其变化，计算后输出气体浓度信息。该装置可与多种半导体气体传感器连用，根据不同目标气体选择传感器型号，因而可以检测的气体种类广泛、浓度范围大、适用范围广，有极大应用价值。

技术领域

本发明属气敏传感测试技术领域，具体涉及一种适用于多种气体的快速气体定量检测装置。

背景技术

半导体气体传感器是一类低成本、高灵敏度的气体检测装置，可广泛应用于工业生产过程监测、疾病的初期诊断、大气污染检测等多个领域，具有十分重要的应用价值。半导体气体传感器的响应基于半导体敏感材料在接触到目标气体时产生的电阻变化，将电阻值经过信号处理后输出检测结果。目前市售半导体气体传感器多为报警类型，即只进行定性检测，传感器最终输出信号为0或1，不能准确检测目标气体的浓度数值。这类传感器很难满足高精度定量检测场合的需求。而目前已有的非半导体定量气体检测器大多依靠光学、电化学等技术，检测各种不同的气体时，对其输出信号的处理模块也各不相同，不仅测试时间长、过程繁琐，也占用了大量空间和资源，使得传感器制造成本大大增加。因此，设计一种基于廉价半导体气体传感器的快速气体定量检测装置将具有极大的实际意义与应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一套基于半导体气体传感器的适用于多种目标气体的快速、定量气体浓度检测装置。

该装置包括以下部分：半导体气体敏感材料传感器1、激励-采样电路2、单片机3、通讯/电源接口4、显示屏5及电源模块6，所述半导体气体敏感材料传感器1包括半导体气体敏感材料101、半导体气体敏感材料支撑底座102以及通用半导体气体敏感材料传感器接口103，所述半导体气体敏感材料101放置或涂覆于半导体气体敏感材料支撑底座102上，半导体气体敏感材料支撑底座102连接在通用半导体气体敏感材料传感器接口103上，用于对特定气体产生电信号响应；所述激励-采样电路2包括5V电压激励模块201、小电流信号放大-采样模块202、电流加热模块203，所述5V电压激励模块201用于为半导体气体敏感材料传感器1提供5V激励电压，所述电流加热模块203用于为半导体气体敏感材料传感器1提供功率连续可控的加热电流，可控制半导体气体敏感材料101的温度在室温至500℃范围内连续可调，所述小电流信号放大-采样模块202用于实时测量通过半导体气体敏感材料传感器1的电流，其信号放大系数可控，从而测量100Ω至25GΩ范围的传感器电阻变化，检测误差＜1％，输出延迟＜0.2s。

本发明中，半导体气体敏感材料传感器1为旁热式或直热式半导体气体传感器元件。不同的半导体敏感材料的目标响应气体、工作温度、响应浓度区间各不相同，因此可以根据实际应用需求，选择不同的半导体气体敏感材料置于半导体气体敏感材料传感器1中，包括但不限于SnO₂材料、块体SnO₂材料、纳米ZnO材料、纳米WO₃材料、粉体WO₃材料等。根据检测需求，本装置设计可以有目的性地搭配所需传感器元件，具有广泛适用性。

所述单片机3为STM8S系列单片机，具有以下功能：

(1)通过I2C总线读取小电流信号放大-采样模块采集的电压信号；

(2)根据预先设置值生成PWM信号控制电流加热模块输出功率；

(3)根据预先设置及传感器实际电阻，通过数字输出控制小电流信号放大-采样模块的放大率；基于多项式算法，由读取的电压信号计算半导体气体敏感材料传感器实时电阻值，再根据预先设置的半导体气体敏感材料传感器工作曲线计算待检测气体浓度值；储存小电流信号放大-采样模块的放大率设置、电流加热模块的加热功率设置、及半导体气体敏感材料传感器工作曲线等配置信息；