热电偶在缺氧保护装置中的应用

缺氧保护装置是燃气取暖器必不可少的安全装置。本文介绍了热电偶在燃气取暖器中实现缺氧保
护功能的应用。该装置使用方便、性能优良,而且降低了燃气取暖器的制造成本。
关键词　热电偶　缺氧保护　传感器　燃气取暖器

　燃气取暖器是室内使用的取暖设备, 工作时需要耗氧,在不通风的情况下超长时间工作会造成室内缺氧,引起人体不适,甚至窒息,危及人身安全,所以必须有缺氧保护设计。缺氧保护装置的功能是:当系统测得室内空气含氧量偏低时会自动关闭控制阀,并报警显示缺氧标示,提醒使用者通风换气。热电偶是一种常见的传感器,广泛应用于温度测量中。其原理是:将两根不同导体的两端接成闭合回路,由于两端温度不等, 因而在回路中产生热电势。这种现象在物理学上称为热电现象。本文利用热电偶的热电现象设计了一种缺氧保护装置。

一、缺氧保护装置的工作原理

该项保护的工作原理是:当燃气供给量和供氧量一定时,火焰燃烧温度也是一定的,当空气中含氧量充足时,火焰温度可达700 ℃左右;当空气中的含氧量降低时,火焰温度也降低。根据美国标准,在缺氧状态火焰的温度不超过450 ℃, K型热电偶在相对温度450 ℃时的热电势为1815mV。如果热电偶测得常明火火焰的温度不够, 即可认定为空气中的含氧量不够,需要报警并关闭控制阀。本方案的缺氧保护功能是这样实现的: 采用宽温型单片机AT89C2051 ,它内部自带一个模拟比较器, P110 和P111 是该比较器输入管脚。将1815mV 的电位信号接入P111 管脚, 其中参考端的电压信号要求稳定,故在VCC处接一稳压器件。将热电偶测得的火焰温度信号经放大处理后接入P110 管脚,然后利用其内部模拟比较器比较这两个电信号。如果P110 管脚信号低于P111 管脚信号, 则说明室内缺氧, 这时控制阀关闭,并报警显示。其电路图如图1。

二、硬件组成

该装置主要由单片机、热电偶、电位器组成。单片机采用是美国ATMEL 公司推出的高效单片机AT89C2051 , 它内部自带模拟比较器, P110 和P111 是该比较器输入管脚。利用此模拟比较器可实现缺氧保护功能。AT89C2051 的指令与INTEL 公司的MCS - 51 系列单片机完全兼容, 本身带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器, 采用此芯片可大大简化电路的设计, 采用该芯片同时也实现了取暖器的其它功能,在此不赘述。热电偶采用K型热电偶,它接收的热电势信号经放大器放大处理后接入单片机, 该热电偶在取暖器中还起着采集常明火温度信号的作用。电位器的电位信号为1815mV,其参考端接一稳压源358B - 25。

三、结束语
该缺氧保护装置在燃气取暖器中运行正常, 经测试连续工作两个月无故障。由于传感器采用热电偶,比其它传感器价格低, 而且性能也稳定, 该装置具有较高的性价比。