集成气体探测器温度控制电路研究

发布时间：2017-09-18 21:11

  本文关键词：集成气体探测器温度控制电路研究

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【摘要】：近年来,环境问题受到越来越多的关注,在环境监测、室内装修、食品安全、化工生产等领域内,对挥发性有机气体的浓度检测变得尤为重要。声表面波(SAW)与气相色谱联用作为一种快速灵敏的气体探测器,具有广泛的应用前景。该气体探测器中多个模块需要对温度进行严格的控制,从而提高系统的灵敏度和检测极限。气体探测器中传统色谱装置的加热系统体积大,功率高,不利于整体探测系统的小型化,本文研究了一种便携式小型化的温度控制装置,能够实现恒温和程序升温控制,并编写相应的上位机软件。本文内容分为以下三个部分:1,基于PIC单片机的气体检测温度控制电路设计。设计了TEC恒温电路,富集器脉冲加热电路,温度读取模块。利用单片机的定时器模块,通过编写软件程序,完成对检测流程中各个器件的开关控制。完成读频模块的软件设计。读频精度达到0.004%。2,基于Modbus协议的通信模块设计。完成RS-485硬件接口的转换电路,设计指令代码对温控器设置参数和动作操作,在Visual Basic6.0开发环境中完成上位机软件的编程,实现复位/开始,参数整定,恒温和程序升温切换,编写升温程序,设定恒温温度点等功能,并对实时温度变化进行反馈和作图。3,对富集器脉冲加热、SAW气室恒温和快速色谱装置进行了测试,富集器脉冲加热能在1.6s内升温到170℃。SAW气室恒温测试中,TEC电路的热敏电阻两端电压为0.695V±1mV,温度曲线稳定平滑,控温精度大于0.1℃。便携式色谱在恒温时温度偏差小于±0.1℃,程序升温过程中,升温速率可以达到50℃/min,偏差平均小于1℃,在优化的程序升温分离条件下,6.5min内分离二硫化碳、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫四种组分气体,且每两种组分分离时间相隔大于30s。通过实验数据证明,该温度控制系统能够完成对各个模块的温度控制,对小型化的集成式气体探测器整机研发奠定了基础。
【关键词】：声表面波 气相色谱 温度控制 Modbus通信协议
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X851
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 声表面波气体传感技术的研究现状11-14
• 1.2.1 声表面波传感技术简介11-12
• 1.2.2 集成气体探测器的发展现状12-14
• 1.3 快速气相色谱研究进展14-15
• 1.4 本课题的选题依据和研究内容15-17
• 第二章 温度控制在SAW与气相色谱联用中的应用17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 声表面波与气相色谱联用检测流程17-18
• 2.3 温度对SAW传感器的影响18-19
• 2.3.1 温度与气液相转换的关系18-19
• 2.4 气相色谱分离技术19-22
• 2.4.1 选择性与温度的关系20-21
• 2.4.2 分配系数与温度的关系21-22
• 2.5 气体检测温度控制的特点22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 温控电路的设计与实现23-34
• 3.1 温控电路总体设计23
• 3.2 微型控制单元的选择23-24
• 3.3 温度采集模块的设计24-26
• 3.4 气室恒温模块设计26-29
• 3.5 显示模块的设计29-30
• 3.6 串口电路设计30-31
• 3.7 单片机软件功能设计31-33
• 3.7.1 定时功能设计31-32
• 3.7.2 读频功能设计32-33
• 3.8 本章小结33-34
• 第四章 基于Modbus协议的通信模块设计34-40
• 4.1 通信协议介绍34-36
• 4.2 CRC运算模块36-37
• 4.3 串行通信软件设计37-39
• 4.3.1 Visual basic 6.0 软件介绍37
• 4.3.2 串行通信控件介绍37-38
• 4.3.3 MSComm控件属性设置38
• 4.3.4 通信步骤38-39
• 4.4 本章小节39-40
• 第五章 温控电路与气体探测器联合测试与验证40-52
• 5.1 富集器脉冲加热测试40
• 5.2 SAW气室恒温测试40-42
• 5.3 快速色谱升温装置测试42-51
• 5.3.1 实验准备44
• 5.3.2 温度控制仪表程序设定44-46
• 5.3.3 恒温测试46-48
• 5.3.4 程序升温测试48-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 总结与展望52-54
• 6.1 研究工作总结52-53
• 6.2 课题的展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间的研究成果58-59
• 附录59-75

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本文编号：877503