熱電偶在缺氧保護裝置中的應用

缺氧保護裝置是燃氣取暖器必不可少的安全裝置。本文介紹了熱電偶在燃氣取暖器中實現缺氧保
護功能的應用。該裝置使用方便、性能優良,而且降低了燃氣取暖器的制造成本。
關鍵詞　熱電偶　缺氧保護　傳感器　燃氣取暖器

　燃氣取暖器是室內使用的取暖設備, 工作時需要耗氧,在不通風的情況下超長時間工作會造成室內缺氧,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設計。缺氧保護裝置的功能是:當系統測得室內空氣含氧量偏低時會自動關閉控制閥,并報警顯示缺氧標示,提醒使用者通風換氣。熱電偶是一種常見的傳感器,廣泛應用于溫度測量中。其原理是:將兩根不同導體的兩端接成閉合回路,由于兩端溫度不等, 因而在回路中產生熱電勢。這種現象在物理學上稱為熱電現象。本文利用熱電偶的熱電現象設計了一種缺氧保護裝置。

一、缺氧保護裝置的工作原理

該項保護的工作原理是:當燃氣供給量和供氧量一定時,火焰燃燒溫度也是一定的,當空氣中含氧量充足時,火焰溫度可達700 ℃左右;當空氣中的含氧量降低時,火焰溫度也降低。根據美國標準,在缺氧狀態火焰的溫度不超過450 ℃, K型熱電偶在相對溫度450 ℃時的熱電勢為1815mV。如果熱電偶測得常明火火焰的溫度不夠, 即可認定為空氣中的含氧量不夠,需要報警并關閉控制閥。本方案的缺氧保護功能是這樣實現的: 采用寬溫型單片機AT89C2051 ,它內部自帶一個模擬比較器, P110 和P111 是該比較器輸入管腳。將1815mV 的電位信號接入P111 管腳, 其中參考端的電壓信號要求穩定,故在VCC處接一穩壓器件。將熱電偶測得的火焰溫度信號經放大處理后接入P110 管腳,然后利用其內部模擬比較器比較這兩個電信號。如果P110 管腳信號低于P111 管腳信號, 則說明室內缺氧, 這時控制閥關閉,并報警顯示。其電路圖如圖1。

二、硬件組成

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

三、結束語
該缺氧保護裝置在燃氣取暖器中運行正常, 經測試連續工作兩個月無故障。由于傳感器采用熱電偶,比其它傳感器價格低, 而且性能也穩定, 該裝置具有較高的性價比。