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简析接触燃烧式气体传感器检测原理

2023年01月26日 10:32:59      来源:郑州炜盛电子科技有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:0

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H2、CO、CH4等这些都是可燃气体,可燃性气体与空气中的氧接触,发生氧化反应,产生无焰接触燃烧热(反应热),使得作为敏感材料的铂丝温度升高,电阻值相应增大。一般情况下,空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10%),可燃性气体可以燃烧,其发热量与可燃性气体的浓度有关。空气中可燃性气体浓度愈大,氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多,铂丝的温度变化(增高)愈大,其电阻值增加的就越多。因此,只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR),就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是,使用单纯的铂丝线圈作为检测元件,其寿命较短,所以,实际应用的检测元件,都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样既可以延长其使用寿命,又可以提高检测元件的响应特性。

接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。图中F1是检测元件;F2是补偿元件,其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。工作时,要求在F1和F2上保持100mA~200mA的电流通过,以供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化反应(接触燃烧)所需要的热量。当检测元件F1与可燃性气体接触时,由于剧烈的氧化作用(燃烧),释放出热量,使得检测元件的温度上升,电阻值相应增大,桥式电路不再平衡,在A、B间产生电位差E。

这样,在检测元件F1和补偿元件F2的电阻比RF2/RF1接近于1的范围内,A,B两点间的电位差E,近似地与ΔRF成比例。在此,ΔRF是由于可燃性气体接触燃烧所产生的温度变化(燃烧热)引起的,是与接触燃烧热(可燃性气体氧化反应热)成比例的。即ΔRF可用下式表示

ρ—检测元件的电阻温度系数;

ΔT—由于可燃性气体接触燃烧所引起的检测元件的温度增加值;

ΔH—可燃性气体接触燃烧的发热量; C—检测元件的热容量;

Q—可燃性气体的燃烧热;m—可燃性气体的浓度[%(Vol)];

α—由检测元件上涂覆的催化剂决定的常数。

ρ,C和α的数值与检测元件的材料、形状、结构、表面处理方法等因素有关。Q是由可燃性气体的种类决定。因而,在一定条件下,都是确定的常数。则

即A、B两点间的电位差与可燃性气体的浓度m成比例。如果在A、B两点间连接电流计或电压计,就可以测得A、B间的电位差E,并由此求得空气中可燃性气体的浓度。若与相应的电路配合,就能在空气中当可燃性气体达到一定浓度时,自动发出报警信号,其感应特性曲线如图。

A、B间的电位差E,并由此求得空气中可燃性气体的浓度。若与相应的电路配合,就能在空气中当可燃性气体达到一定浓度时,自动发出报警信号。

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