分析了一氧化氮传感器电化学元件的反应机理，提出了矿山一氧化氮传感器的设计图。传感器以C8051F021单片机为核心，收集和补偿一氧化氮传感器元件发出的信号，通过数字LED管显示该信号，并将其及时传输到地下监控变电站。过RS485或频率实测。
传感器已被广泛应用于煤矿安全监控系统中。场应用证明，该传感器具有测量精度高，稳定性和可靠性高，抗干扰能力强的特点。着以人为本的矿山安全思想的不断深入，工人的健康安全问题逐渐引起人们的关注。年来，在矿山生产过程中对有毒气体的监控已引起矿山越来越多的关注。化氮（NO）是矿井中的一种有毒气体，主要损害呼吸道。入开始时，仅出现轻微的眼睛和呼吸道刺激症状，例如喉咙不适和干咳。迟性肺水肿，成人呼吸窘迫综合征，胸闷，呼吸窘迫，咳嗽，泡沫痰，发等通常在几个小时到十个小时或更长时间的潜伏期后发生，并发气胸和纵隔气肿。迟性阻塞性细支气管炎可在肺水肿消退后约两周发生。
氧化氮的高浓度会引起高铁血红蛋白血症[1]。果，一氧化氮严重损害了地下人员的健康，并影响了采矿生产的安全性。必要实时监测一氧化氮。此，本文采用电化学原理检测技术，并提出了一氧化氮传感器的设计图。1是具有三个电极的电化学一氧化氮传感器元件的示意图，其由参比电极，检测电极和负电极组成。等式（2）中，n（转移的电子数），F（法拉第常数），A（扩散表面积），D（扩散系数）和δ（扩散层的厚度）为所有常数，因此电解电流I和一氧化氮的氮浓度C成正比，因此只要检测到电流I，就可以推导出一氧化氮的实际浓度C。传感器基于单片机C8051F021，该计算机由用于放大一氧化氮传感器的采样信号的电路，红外接收电路， LED数码管，RS485 /频率通讯电路，声光报警电路等如图所示。氧化氮探针使用英国城市公司生产的三电极检测器系列4。于一氧化氮传感器元件的输出是nA电平的电流信号，因此必须先在检测期间对电流信号进行采样，然后将电流信号转换为电压信号，最后，低压信号由单芯片C8051F021模拟采集ADC的运算放大器电路放大，感应电极和负极之间的电流信号大小[2]。3显示了一氧化氮传感器元件的信号处理电路。置电压由IC1提供，以确保没有电流流过参考电极。算放大器IC2将电流信号转换为电压信号并将其放大。于电流信号较小，因此有必要选择偏置电流较小的运算放大器，例如OP-77系列的运算放大器。了延长探头的使用寿命，在没有电源的情况下，必须将参考电极和检测电极短路。效应管用于连接检测电极和参比电极，并且在探针通电时断开场效应管。了避免在开启传感器时出现较长的稳定时间，传感器可以被电池极化。RS485通信模块使用Maxim的MAX3072接口芯片。MAX3072结合了平衡驱动器和差分接收器，以提高承受共模干扰的能力。RS485通讯采用半双工工作模式。4显示了所选的RS485通信电路。W / R处于低逻辑电平时，传感器处于接收状态，差分传输线上出现的信号将通过MAX3072转换为逻辑电平，并发送至微控制器C8051F021的接收引脚RX0。W / R处于高逻辑状态时，来自传感器的RS485通讯处于发送状态。该电路中，RS485电路已受到多个级别的保护，包括使用限流电路，TVS管和共模线圈，可以有效防止雷电和交流电造成的损坏。电干扰。了RS485通讯方式外，传感器和监控站还使用频率传输来建立通讯。5显示了频率输出电路。了增加传输距离并减少频率信号的衰减，请确保当负载电阻为1.5kΩ时，高电平高于3 V，低电平低于3V。源为0.5 V，电源选择传感器的输入电源，电源范围为9至24.5 V，而不是选择5V或3.3V的单芯片电源电压。率输出是三极管集电极的漏极开路输出，因此频率信号使越来越短的线之间的电容放电和放电。图5中，电阻器R1和晶体管V1形成限流电路，该电流限制电路保护晶体管V2免受损坏。了获得更好的人机界面，该传感器使用4位LED数字管进行显示。字LED管显示器是嵌入式系统中常用的人机交互设备。传感器显示屏主要使用软件解码控制和动态扫描方法。传感器使用红外遥控器完成传感器的配置。使用的红外接收管是HS0038B3V，其特点是体积小，耐光和电性强，输出信号没有突然变化，恒温阀芯开机初始化时间短（大约200℃）。μs）。HS0038B3V可以接收来自任何以38 kHz调制的遥控器的信号，周期约为26 s。时，它可以在C8051F021微控制器中对信号进行放大，检测和整形，并获得TTL电平的编码信号以进行解码。氧化氮传感器软件采用C语言的模块化设计，主要包括参数调整，显示输出等。氧化氮传感器的信号处理，温度采集，温度补偿处理，调零和微调，软件操作过程如图6所示。了简化操作，该传感器的红外调零，线性调整，报警点和其他参数均由红外遥控器控制。件调整的具体思路：在新鲜空气中，C8051F021微控制器将当前的A / D采样值存储为内部FLASH中的零偏移量，然后切换到标准一氧化氮气体并调整遥控器以显示标称气体值。片机C8051F021找到调节斜率，然后按退出键退出，系统完成校准。化学传感元件的输出将随温度而略有变化[3]，因此电化学一氧化氮传感器温度补偿的关键是获得不同温度下输出信号变化之间的关系。
7是根据经验，一氧化氮传感器元件的输出信号随温度的变化。传感器温度为20oC时，每种一氧化氮气体10-6发出的反应信号为100％，则每种一氧化氮气体10-6在-20°C至190°C的温度范围内变化的反应信号的变化范围。50oC为90％至104.4％。果在煤矿的应用中不增加温度补偿，则误差会比较大。收集的当前温度和校准温度（20℃）除以温度补偿系数，以校正传感器信号的值，以执行一氧化氮传感器的补偿。体的补偿过程如下：校准温度下的信号量系数K_T_Save由线性校准时的温度计算得出；通过收集当前温度，计算当前温度下的信号量系数K_T_m。度补偿系数k_temp通过公式k_temp = K_T_Save / K_T_m获得。后，通过K（comp）= K * K_temp校正线性值。
度补偿流程图如图8所示。了验证一氧化氮传感器的测量精度，对这四个传感器进行了正常的基本误差实验。氮气用于调零，一氧化氮使用100×10-6进行校准，校准后，零点为50×10-6、100×10-6、150 ×10-6、200×10-6等测试点进行测试[4]。1列出了每个测试点的传感器数据。文档中设计的一氧化氮传感器已通过国家测试中心的多次检查，并获得了安全认证。于其测量精度，高稳定性和可靠性以及强大的抗干扰能力，该传感器已被用于煤矿安全监控系统和非II系统。广泛应用于煤矿安全监控系统中。
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