淺析熱電偶在缺氧保護裝置中的實際應用

　　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IN公司的MCS-51系列單片機*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*。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。