基于ATMEGA16的一体式水分硫化氢仪表的开发

　　在石油化工、天然气等行业，为了实现不同目的的控制要求，需要对气质中的一些微量成分进行分析。在实际应用时，常常会在同一个取样点分析多种组 分。一般处理的方法是使用相应的分析仪表，分别进行取样、预处理和分析。其优点是各单元相互独立，可以很方便地进行安装、检测和维护，且互不干扰。但是， 这种传统的方法也不可避免地具有一些缺点，如资源浪费、集成度低、现场接线和操作复杂。在一些特定行业中，如果总需要对几种固定组分进行分析，就可以考虑 将这几种组分的分析仪表进行整合和集成，使其成为一种独立的仪表。这样就可以在独立测量的同时，又能够大大减少上述传统测量方式的不足。

　　一体式水分硫化氢分析仪就是基于这种理念设计的。在车载天然气行业中，水含量( 露点) 和硫化氢是国家规定的必测项目。集成的一体式水分硫化氢分析仪与原来独立的分体式比较，具有很多优点: 只需要一套减压过滤和预处理装置; 同时外部气路和电路的连接大幅减少; 仪表操作更方便。就制造商而言，在生产和集成的过程中，无论是电路还是机加工，同类项都可以合并选一，从而大大地降低了仪表的生产成本。

　　1 测量原理*

　　水分测量是根据吸湿并电解水分的原理进行工作的。当被分析的样气进入电解池内，气体中的水分即被涂敷在探头表面的吸湿剂完全吸收，并被加在探头 电极上的直流电压电解成 H2和 O2随样气排出。在电解过程中，产生电解电流。根据法拉第电解定律和气体状态方程可导出，在一定温度、压力和流量条件下产生的电解电流正比于气体中的水含 量。测量出电解电流就测出了水的含量。

　　硫化氢检测是根据电化学的原理制成的，传感器有参考、计数和工作 3 个电极。其中工作电极响应被检测气体，通过化学反应，产生与气体浓度成比例的电流，电流都由传感器的计数电极产生。电流可以用下面的公式来计算:

　　传感器输出 = 灵敏度 × 气体浓度

　　如果单从电气的角度来看，水分和硫化氢传感器的功能就是在特定的条件下，把所要测量的气体含量转变为一个对应的电流信号。

　　2 系统硬件构成

　　整体系统的基本流程是: 先把待测的气体中的水分和硫化氢含量值转换为对应的电信号，再经过模数转换和数据处理，最后以两种形式输出( 液晶显示和 4 ～20mA 电流) 。

　　本设计的系统电路主要包括 3 个组成部分:信号发生电路( 为传感器提供所必需的电气条件) 、数字电路和人机接口。当然，还包括电源、保护及滤波等常规电路部分，不再赘述。