具有温湿度补偿功能的超声波甲烷检测技术

发布时间：2020-04-15 23:35

【摘要】：甲烷是天然气、煤矿坑道气和沼气等的主要成分,它不光在气体能源方面是一种优质燃料,同时在化工类产品和一些合成气体的制造中,也是不可或缺的重要原材料。甲烷是易燃易爆气体,当含量在空气中占到一定比重时,如遇明火,会产生剧烈的爆炸。目前市面上检测甲烷浓度的仪器绝大多数采用催化式传感器,也有部分使用半导体传感器,使用这两类传感器存在的主要问题是使用寿命短、稳定性较差而且功耗普遍偏高。基于此种背景,提出一种高效稳定的甲烷浓度检测技术就显得尤为重要,具有很强的实际意义。在不同介质中传播时超声波具有差异性的速度,利用这一特性,本文提出了一种新型检测方法——具有温湿度补偿功能的超声波甲烷浓度检测技术,本方法采用一对超声波探头构成的单声道进行测量,其中发射探头发送超声波,另一端的探头负责接收超声波信号,在收发探头之间放置一个声栏,用于降低超声波反射干扰。接收探头的信号经过信号调理电路放大,之后进入检相电路、占空比电压转换路实现相位测量,再接入单片机系统进行数据处理。本文进行了环境温湿度对声速影响的理论分析,建立了气体浓度与声速、相位差以及温湿度的数学关系式。此方法有效地补偿了环境温湿度对超声波测量的影响,提高了测量精度,可在很宽的环境温湿度条件下工作,具有更好的稳定性。基于声速、相位差、环境温湿度和气体浓度的数学模型,本文设计了单片机数据处理软件,对样机进行了测试,实测结果验证了该方法较好地实现了温湿度补偿,并具有较高的测量精度。
【图文】：

框架图,框架图,总体设计

作频率也可称为晶片具有的共振频率。当晶片共振频率与电压频率相等时，此时输出能量达到最大值。向特性超声波传感器的频率如果低于一定值，指向性就会时的效率也会变得很低。如果内部的形状产生一定程度的改特性因素也会随之发生变化。方案设计计为一种新型甲烷浓度检测的方法，即单声道超声波相位差波在空气中传播时的速度与在一定浓度下其他气体中的传方法是采用一个超声波收发传感器，发传感器用于发送超声负责接收超声波信号，让超声波信号通过圆孔传播到收传感超声波信号通过信号处理与单片机产生的 40kHz 的超声波驱较，得出相位差。同时考虑了不同条件的环境温湿度对声速湿度进行了理论分析，建立了声速、相位、温湿度与甲烷气

示意图,单声道,示意图,超声波

这里将环境温度设为T，环境湿度设为，超声波在空气中传播速度设T, )，，在甲烷气体中的传播速度设为 V (1 00,T, )，待测气体的浓度为列两个公式成立：(0,,)=(1+)1V T KT (100,,)=(1+)2V T KT 由式(2-3)、(2-4)可得：(,,)=[+(-)](1+)121V xT KKKxT ：1K ，2K 为修正后的新气体常数。在温度为0T 、湿度为0 以及温度为1T 、湿度为1 的空气中，超声波传离之后，与超声波参考信号的偏差时间为：Δ (0,,)=(0,,)-Δ0000t T tT Δ (0,,)=(0,,)-Δ1111t T tT (0,,)00t T 、 (0,,)11t T 为超声波传播L距离的绝对时间； Δ 为考虑过误
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.55

【参考文献】