齿波电压信号，反相端接瓦斯检测电路的输出电压，也就是脉冲电压宽度的控制信号。比较器采用单电源供电，引脚8接逻辑电平，其取值决定于负载所需高电平，这里接+5V，此时比较器输出高电平为4.3V。引脚5为锁存控制端，当它为低电平时，锁存输出信号。图10中C4、C5均为去耦电容，用于滤去比较器输出产生变化时电源电压的波动，R8是输出高电平时的上拉电阻。 2.1.4 脉冲电压稳幅电路
电路中选用TL431芯片对比较器输出的脉冲电压进行稳幅。电路如图11所示：
图11 脉冲稳压电路
TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源, 它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V的任何值，工作电流范围为1mA～100mA，K、A脚两端输出电压为：
Vo?2.5(Rp2?R10)R10
改变Rp2的阻值，就可以改变输出基准电压大小，这里通过调节Rp2使输出的脉冲电压的幅值稳定在3V。
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2.1.5 声光报警电路
R3515KR3220KR33180KR3420KC15D12CPI6QR38R3682038SCR4C14BG12R103DG6HI2205RTRIGVCCDISTHR7R3710kBG2gndcvolt3DG6CZ1C17C16D2BG33AX81C18DWR39C19D36C20R40CT上述是本设计瓦斯传感器的声光报警电路，有图可以看出
是以555为核心的电路由555电路组成一单稳态触发电路，上电打开开关S1后，C1两端电压为0，555电路的输出脚输出高电平，报警器电路工作，进入报警状态。此时若水银开关断开，电源经R2向C1充电，当C1两端的电压充到高于2/3Vcc时，电路翻转，输出端变为低电平输出，报警电路失电停止工作。此时报警器便进入报警守候状态。这时若报警器受到振动，就会使水银开关中的水银一起振动，当开关接通时，555电路的2脚便输入一个低电平信号，这个低电平信号使得单稳电路输出状态改变，输出端变为高电平，报警电路工作，另一方面通过7脚将充于电容C1上的电荷放完，这时就算水银开关再次断开，由于C1两电压低于2/3Vcc，电路也将保持输出高电平，使报警电路工作，若一直有振通信号使水银开关接通，系统将一直报警，若报警后报警器不再振动，则当C1上的电充到大于2/3Vcc时，报警将自动停止，因此每次报警的自动关断时间为R2和C1的充电常数值。。该报警器由直流稳压电源、定时开关电路和声控脉冲产生器三部分组成。图中S为话筒，它将脚步声或其他声响转换为电信号，且放大后加至555时基电路的触发端②脚。555与R6、C2组成一个单稳态触发器，调节电阻R6使②脚的电压略高于l/3VDD。555 3脚输出低电平。当有情况发生时，BG2输出一定幅值的负脉冲，使555翻转，相应③脚输出高电平，信号经BG2缓冲放大后使可控硅SCR触发导通，将报警器的电源电路接通，发出报警信号。报警时间长短取决于电容器C2的充电时间常数td=1.1R6C2的大小。当C2上的充电电压超过2/3VDD时，555复位，3脚输出低电平，BG2相应截止，可控硅SCR断开。在C2充电期间，即报警定时结束之前，应使555③脚通过R5和D1将输出高电平反馈到触发端②脚，以免后继脉冲或其他干扰影响定时精度。定时的长短可通过改变时间常数R6C2的大小来调节。常见故障现象与查找方法 ：
1)发光二极管不亮：①，用万用表测12V供电电源是否正常；②，用数字万用表检
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测电阻R1、发光二极管VDl、三极管VT2是否损坏；③．测lCl所构成单稳态电路，若ICl的③脚始终输出低电平，VT2将一直处于截止状态，发光二极管不亮，可采用代换法判断555集成电路的好坏。
2)发光二极管亮但不闪烁：①．测三极管VT2，若VT2击穿，更换VT2故障即可排除；②．测ICl⑥、⑦脚的电平，若为低电平，查RP1及连线是否有断线或虚焊，查C1是否击穿及ICl②脚是否悬空。在外围元件检查无误后，可采用代换法判断lCl是否损坏；⑧．用上述方法，查找IC2、IC3及其外围元器件。
3)发光二极管闪烁频率不正常：主要查单稳态电路ICl，当单稳态电路工作不正常时会造成发光二极管闪烁频率不正常，其主要原因是由于电容C2造成的，可调当调整C2的大小。
4)扬声器不响：①．查供电电源电压及检测三极管VT3、扬声器是否损坏；②．测量IC4第5脚的控制信号电压，不正常查IC3第3脚信号及R4，也可通过示波器测量输出波形判断故障部位。 2.2变流瓦斯检测方法的原理 2.2.1变流瓦斯检测方法的基本思想
为了解决上节所提到催化传感器存在的问题，就必须抛开连续电流供电的传统方法，以保证测量元件与参比元件温度永远相等，设计出真正的恒温检测桥路。
实现方法是通过一个硬件电路构成的闭环反馈系统，强迫检测元件与参比元件保持在平衡状态，使测量元件工作在恒温状态下。该检测环路使测量元件的温度与参比元件的温度进行比较，当环境中的CH4气体在测量元件表面燃烧时，测量元件的温度将很快上升使电桥失去平衡，硬件电路构成的闭环反馈系统监测到偏移信号后，输出控制脉冲信号，将已经偏移的桥路“矫正”回来，使回路周而复始地工作在偏移/校正的振荡之中。测量元件的温度是以微小的锯齿波形状的轨迹在恒温区波动[26]，如图6所示：
图6 传统的检测桥路与恒温桥路的浓度温度特性曲线
这个波动的温差很小，只有零点几度的差别，基本上可以认为参比元件和测量元件的温度是相等的。这种方法保证了在任何CH4浓度下，测量元件的温度不变，彻底有效地杜绝了高浓CH4的燃烧，大大延长了催化元件的使用寿命，也使仪器的零点稳定性、精度稳定性得到了的提高。
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本研究所研制的脉冲供电检测桥路与传统的测量机理截然不同，检测元件工作于间歇脉冲供电状态，不随CH4温度变化，反馈环路中的脉冲频率与CH4浓度呈正比关系。从微观的角度上看，单片机检测的是测量元件上温度的上升速率，而传统方法则是检测元件上的绝对温度。测量桥路是恒温的，无论检测多高浓度的瓦斯，检测元件的温度都不变，所以它能够抗高浓冲击，能够拥有更长的寿命和极好的稳定性。 2.2.2变流瓦斯检测方法的原理
变流检测方法是一种使载体催化传感元件在检测瓦斯气体时保持恒温状态的新型检测方法。它的基本原理是：在瓦斯浓度升高时，通过闭环反馈电路，使工作电流相应减少，以保持催化元件的温度不变，利用电流的减少量和瓦斯含量间的对应关系，实现瓦斯含量的检测。
载体催化元件的静态热平衡方程是[47]：
4 I2r???CH4??B(t1?t0)?A?B(t14?t0)
式中 I—载体催化元件的工作电流；
r—载体催化元件的电阻； ?—瓦斯氧化反应燃烧热系数； ?CH4—空气中瓦斯体积分数； t1—载体催化元件温度；
t0—环境温度；
?—热传导系数；
B—元件面积； A—辐射系数； ?—角系数。
方程式左边是单位时间内工作电流所产生的热量和瓦斯气体在载体催化传感元件表面发生氧化反应所产生的热量之和，后者与瓦斯体积分数成正比；方程式右边是催化传感元件在单位时间内热传导和热辐射损失的热量之和，其中传导热是催化传感元件通过导线和空气传递的热量之和，由于催化传感元件工作在一个半封闭的气罩内，其同空气的对流散热很小，可忽略不计。方程两边在催化传感元件达到热平衡时是相等的。
在变流瓦斯检测中，工作电流随着瓦斯浓度增加而减小，元件处于恒温状态，载体催化元件工作温度和阻值保持不变。故在环境温度一定的情况下，方程式右边为一常数，设
4K0??B(t1?t0)?A?B(t14?t0)
2对于该种检测方法，因保持t1不变，即当无瓦斯(?CH4?0)时，I0r?K0；当有瓦
斯时
2 I2r???CH4?K0?I0r
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式中I、I0分别为有瓦斯、无瓦斯的工作电流，即
2I?I0??r?CH4
此式表明电流变化与瓦斯体积分数不是线性关系。因此，在设计检测电路时，为使
电流大小能反映瓦斯体积分数，不能采用一般的可控直流电源，而需采用宽度可调的脉冲电流源，即脉冲电流的幅值恒定，但其宽度可由反馈信号调节。当瓦斯体积分数增加时，减少脉冲的宽度T以减少通过元件的平均电流。
由式（3-3）知，瓦斯体积分数为
?CH4?r?2I0?r?I2
与电流平方成线性关系，脉冲电流有效值为
T12112 I?Idt?Im m?T0TT式中T为脉冲电流周期，Im为脉冲电流幅值。在Im一定的条件下与占空比的平方根T1/T成线性关系，即其平方与占空比成线性关系。又脉冲电流平均值IP为
IP?T1Im，与占空比成线性关系，故脉冲电流的平均值可以线性地反映瓦斯体积分数，T即瓦斯浓度。 2.2.3
智能瓦斯监测仪原理框图
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