产品概述
英国气盾UGT-N4-CH4微型红外甲烷传感器是一款采用国际先进技术和部件生产而成，用于测量环境中的甲烷气体浓度的传感器；具有操作方便、寿命长、测量精准、工作可靠等优势，满足工业现场和实验室测量等不同的要求。UGT-N4-CH4微型红外甲烷传感器广泛用于环境监测、气体报警器、石油石化、钢铁煤炭、科研院校、楼宇建设、通风系统、医疗卫生、地下管网等场所。
微型红外甲烷传感器性能特点
·-40～+70℃宽温度工作范围；
·多量程可选、全量程线性化、数字化输出；
·高湿度警报等异常报警输出；
·内置温度补偿，输出线性好；
·兼容数字、模拟两种信号输出方式；
·不会出现催化传感器的“中毒”现象；
·自校准可�。�
·响应速度快，稳定性好；
微型红外甲烷传感器工作原理
甲烷是由异种原子构成的分子在红外线波长区域具有吸收光谱，其吸收强度遵循郎伯—比尔定律。当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时，其强度将明显减弱，强度衰减程度与该气体浓度有关，两者之间的关系遵守朗伯-比尔定律。
微型红外甲烷传感器基本数学模型如下：
大部分有机和无机多原子分子气体在红外区有特定吸收波长。当红外光通过时，这些气体分子对特定波长的透过光强。可由朗伯-比尔定律表示：I＝I0e-kpl ，吸收光强i 可表示为：i=I0-I= I0 (1-e-kpl) 。式中，I0 为入射光强；I 为透过光强；l 为气体介质厚度，p 为气体浓度，k 为吸收系数。
技术参数
检测原理 | 非分光红外原理（NDIR） |
检测范围 | 0～5%VOL/0～100%VOL |
检测精度 | 0-1%: ≤±0.06%Vol 1%-100%:≤±6% of reading |
分辨率 | 0.01%VOL |
工作温度 | -40～70℃ |
存储温度 | -40～85℃ |
工作湿度 | 0～95%RH(非冷凝) |
预热时间 | 10s |
响应时间 | <25s |
工作电压 | 3.3～5.5V DC |
工作电流 | 55～60mA |
串口波特率 | 9600bps |
产品尺寸 | φ20x16.6mm(引脚除外) |
重量 | ＜20g |
寿命 | ≥ 10年 |
防爆等级 | Exia ⅡC T4 Ga |
备注 | 表格所有数据是在标准大气压下测量； 测量标准气体由国家计量部门认证的单位提供，在干燥氮气中稀释的所有气体； 氮气要求精度大于99.999%； 上述性能是在校准后确定的，所有传感器在生产中都进行了100%校准； 20℃环境下测量； IR 光源寿命理论模型测试； |
微型红外甲烷传感器产品外观尺寸（单位：mm，公差：±0.2mm）
微型红外甲烷传感器引脚定义图
引脚 | 名称 | 描述 |
V | Vi | 电源输入端（Vi：DC3.3V～5.5V(建议Vi=5V） |
R | RX | 串口端（电路板串口接收端） |
T | TX | 串口端（电路板串口发送端） |
D | Vout | 电压输出端 |
G | GND | 电源输入端（接地端） |
微型红外甲烷传感器典型应用电路图
应用场景1：UART串口输出
外部设备可通过UART与传感器通讯。3.3V设备（CPU）可直接与串口引脚RX和TX连接，接口电路如下，读取气体浓度数据或执行标定功能。
应用场景2： 5V-2.5V电平切换电路
传感器与5V设备连接时，需要进行电压转换，接口电路如下：
应用场景3：电压输出
传感器Vout 引脚输出信号为0-2.5V 直流电压，其中0.4-2.0V对应0-100%满量程气体，用户通过电压电流转换器可将该电压信号转换为工业标准的4-20mA 电流信号使用，接口电路如下：
微型红外甲烷传感器使用注意事项
气体传感器的工作环境：
工作温度：-40～70℃；
工作湿度：最高为95%RH；
工作压力：80～116Kpa；
·本产品与关联设备的连接电缆应为带绝缘护套的屏蔽电缆，其屏蔽层应接地；
·用户不得自行更换本产品的元器件，应会同本公司技术人员共同解决运行中出现的故障，以杜绝损坏现象的发生；
·本产品的安装、使用和维护应同时遵守产品说明书、GB3836.13-1997“爆炸性气体环境用电气设备第13部分：爆炸性气体环境用电气设备的检修”、GB3836.15-2000“爆炸性气体环境用电气设备第15部分：危险场所电气安装（煤
矿除外）”、GB3836.16-2006“爆炸性气体环境用电气设备第16部分：电气装置的检查和维护（煤矿除外）”、和GB50257-1996“电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范”的有关规定；
微型红外甲烷传感器通讯协议
1. 协议概述
1.1本协议数据，均为16进制数据。如"46"为十六进制对应十进制的[70]。
1.2[xx]为单字节数据(无符号，0-255)；(xx)为双字节数据，有符号(-32768至+32767),高字节在前。"――"后面为注解。
1.3整个命令的字节长度[LB]+3.
2.串口通讯协议格式
发送：[IP] [LB] [CMD] [DF] [CS]
[IP]地址（固定为11）
[LB]紧接字节长度不包括CS
[CMD]命令号
[DF] 命令所带参数项，可选项
[CS]CS= －（IP +LB+CMD +DF）
应答：
1．当指令得到正确执行时，应答
[ACK] [LB] [CMD] [DF] [CS]
[ACK] = 0x16 命令正确
[LB] 紧接字节长度不包括CS
[CMD] 命令号
[DF] 所带参数项，可选项
[CS] CS=－（ACK +LB+CMD+DF）
2．当指令没有得到正确执行时，应答
[NAK] [LB] [CMD] [EC] [CS]
[NAK]= 0X06 命令没有被正确执行
[LB] = 2 紧接字节长度不包括CS
[CMD] 命令号
[EC] 命令没有被执行的错误的代码
[CS] CS= －（NAK +LB+CMD+DF）
[EC]
01 命令长度不对或不能被正确解析
02 没有此命令
03 当前状态不能执行本命令
3.功能表
编号 | 功能名称 | 命令号 | 功能描述 |
1 | 查询测量结果 | 0x01 | |
2 | 调零 | 0x03 | |
3 | 气体用户校正 | 用来气体校准 | |
3.1 | 用户校正零点 | 0x4B | |
3.2 | 用户校正量程点 | 0x4C | |
4 | 恢复出厂标定数据 | 0x4D | |
5 | 查询软件版本号 | 0x1E | |
6 | 查询仪器编号 | 0x1F | |
7 | 查询气体测量属性 | 0x0D |
4.详细描述
4.1.查询测量结果
发送：11 01 01 ED
应答：[ACK] 05 01 [DF1] [DF2] [ST1] [ST2] [CS]
功能：查询测量结果
说明：
1. 气体1浓度=（DF1*256+ DF2）/(100)
2. [ST1] 传感器工作状态
3. [ST2]预留
具体描述定义如下表所示：
BIT0 | 传感器预热状态标志位 1表示传感器正在预热，预热时间内传感器浓度输出为0 0表示传感器预热完成，输出正常的浓度 |
BIT1 | 传感器故障状态标志位 1表示传感器出现故障，传感器浓度强制输出为0 0表示传感器信号正常，无故障 |
BIT2 | 传感器示值超量程显示状态标志位 1示传感器浓度显示值超量程 0示传感器浓度显示值在显示范围内 |
BIT3 | 预留，默认为0 |
BIT4 | 传感器是否标定状态标志位 1示传感器没有标定，浓度强制输出为0 0感器标定完成 |
BIT5 | 传感器高湿异常报警状态标志位 1表示传感器处于高湿环境，浓度强制输出为0 0表示传感器工作在湿度正常范围内 当传感器相对湿度测量大于95%，BIT5=1,同时光源点亮，传感器升温防止冷凝自我保护，浓度强制输出为0，当相对湿度低于90%，退出高湿异常报警BIT5=0。 |
BIT6 | 传感器参考通道信号超限状态标志位 1 表示传感器的参考通道信号超限，传感器出现故障 0 表示传感器的参考通道没有超限 |
BIT7 | 传感器测量通道信号超限状态标志位 1 表示传感器的测量通道信号超限，传感器出现故障 0 表示传感器的测量通道没有超限 |
4.2．调零
发送：11 01 03 EB
应答：[ACK] 01 03 [CS]
功能：
说明：
仪器接受到调零命令，将仪器的气体数据矫正到零点，在发送该命令前，仪器中必须通入零气，保证传感器示指稳定的情况下才可以发送该指令。
4.3.气体用户校正
3.1.零点校正（4B）
发送：11 04 4B [GasNum] [DF1] [DF2] [CS]
应答：[ACK] 01 4B [CS]
功能：对气体进行零点校正
3.2.用户量程点校正（同用户零点校正）（4C）
发送：11 04 4C [GasNum] [DF1] [DF2] [CS]
应答：[ACK] 01 4C [CS]
功能：对气体进行量程点校正
说明：1. [GasNum]为气体标定指示位，默认为0；
2. 标定气体的浓度的值＝（DF1*256+ DF2）/(100)。
3. 在执行本命令前，必须在传感器通入与浓度符合的气体，在通入气体稳定（可以借鉴结果查询命令判断或者气流稳定地通入传感器一段时间）后发送本命令。用户校正的两点必须在短时间内完成。
5. 标定数据恢复
发送：11 02 4D [GasNum] [CS]
应答：16 01 4D 9C
功能：将用户标定的值还原到出厂标定的值，并且单点校准值清空。
说明： [GasNum]为气体组分指示位，0表示第一组份，1表示第2组分，取值范围视气体组分而定，针对多路传感器使用，微型红外传感器默认GasNum =0。
6．查询软件版本号
发送：11 01 1E D0
应答：[ACK] [x+1] 1E [CH1] [CH2] [CH3] ……[CHx] [CS]
功能：
说明：输出软件的版本号。[CH1] -[CHx]为软件的版本号，为ASCII码
7．查询仪器编号
发送：11 01 1F CF
应答：[ACK] 0B 1F（SN1）（SN2）（SN3）（SN4）（SN5）[CS]
功能：
说明：
输出软件的仪器编号。SNn范围为0~9999，五个整数型构成20位编号。
8．查询气体测量属性
发送：11 01 0D E1
应答：[ACK] 08 0D [DF0] [DF1] [DF2] [DF3] [DF4] [DF5] [DF6] [CS]
功能：查询设置气体的量程、小数位数、气体种类、单位等
说明：
1. 量程=([DF0]*256+[DF1])/10^[DF2]。(10^[DF2]为对应的倍数由小数点位[DF2]数决定)
2.气体种类的定义如下：
[DF3] | 气体种类描述 |
0 | CH4 |
1 | CO2 |
2 | CO |
3 |
3.单位的定义如下：
[DF4] | 单位描述 |
0 | ppm |
1 | % |
2 | % |
3 | % |
4.[DF5][DF6]预留
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