熱電偶在缺氧保護(hù)裝置中的應(yīng)用

　燃?xì)馊∨魇鞘覂?nèi)使用的取暖設(shè)備, 工作時(shí)需要耗氧,在不通風(fēng)的情況下超長時(shí)間工作會(huì)造成室內(nèi)缺氧,引起人體不適,甚至窒息,危及人身安全,所以必須有缺氧保護(hù)設(shè)計(jì)。缺氧保護(hù)裝置的功能是:當(dāng)系統(tǒng)測得室內(nèi)空氣含氧量偏低時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉控制閥,并報(bào)警顯示缺氧標(biāo)示,提醒使用者通風(fēng)換氣。熱電偶是一種常見的傳感器,廣泛應(yīng)用于溫度測量中。其原理是:將兩根不同導(dǎo)體的兩端接成閉合回路,由于兩端溫度不等, 因而在回路中產(chǎn)生熱電勢(shì)。這種現(xiàn)象在物理學(xué)上稱為熱電現(xiàn)象。本文利用熱電偶的熱電現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一種缺氧保護(hù)裝置。

一、缺氧保護(hù)裝置的工作原理

該項(xiàng)保護(hù)的工作原理是:當(dāng)燃?xì)夤┙o量和供氧量一定時(shí),火焰燃燒溫度也是一定的,當(dāng)空氣中含氧量充足時(shí),火焰溫度可達(dá)700 ℃左右;當(dāng)空氣中的含氧量降低時(shí),火焰溫度也降低。根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn),在缺氧狀態(tài)火焰的溫度不超過450 ℃, K型熱電偶在相對(duì)溫度450 ℃時(shí)的熱電勢(shì)為1815mV。如果熱電偶測得常明火火焰的溫度不夠, 即可認(rèn)定為空氣中的含氧量不夠,需要報(bào)警并關(guān)閉控制閥。本方案的缺氧保護(hù)功能是這樣實(shí)現(xiàn)的: 采用寬溫型單片機(jī)AT89C2051 ,它內(nèi)部自帶一個(gè)模擬比較器, P110 和P111 是該比較器輸入管腳。將1815mV 的電位信號(hào)接入P111 管腳, 其中參考端的電壓信號(hào)要求穩(wěn)定,故在VCC處接一穩(wěn)壓器件。將熱電偶測得的火焰溫度信號(hào)經(jīng)放大處理后接入P110 管腳,然后利用其內(nèi)部模擬比較器比較這兩個(gè)電信號(hào)。如果P110 管腳信號(hào)低于P111 管腳信號(hào), 則說明室內(nèi)缺氧, 這時(shí)控制閥關(guān)閉,并報(bào)警顯示。其電路圖如圖1。

二、硬件組成

該裝置主要由單片機(jī)、熱電偶、電位器組成。單片機(jī)采用是美國ATMEL 公司推出的高效單片機(jī)AT89C2051 , 它內(nèi)部自帶模擬比較器, P110 和P111 是該比較器輸入管腳。利用此模擬比較器可實(shí)現(xiàn)缺氧保護(hù)功能。AT89C2051 的指令與INTEL 公司的MCS - 51 系列單片機(jī)完全兼容, 本身帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器, 采用此芯片可大大簡化電路的設(shè)計(jì), 采用該芯片同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了取暖器的其它功能,在此不贅述。熱電偶采用K型熱電偶,它接收的熱電勢(shì)信號(hào)經(jīng)放大器放大處理后接入單片機(jī), 該熱電偶在取暖器中還起著采集常明火溫度信號(hào)的作用。電位器的電位信號(hào)為1815mV,其參考端接一穩(wěn)壓源358B - 25。

三、結(jié)束語
該缺氧保護(hù)裝置在燃?xì)馊∨髦羞\(yùn)行正常, 經(jīng)測試連續(xù)工作兩個(gè)月無故障。由于傳感器采用熱電偶,比其它傳感器價(jià)格低, 而且性能也穩(wěn)定, 該裝置具有較高的性價(jià)比。