基于催化传感器可燃混合气体智能分析系统

可燃性气体分析对于工矿安全的监测具有重要的意义。文中介绍了一种基于催化传感器和人工神经网络分析的、以Atmege8单片机为核心的混合可燃性气体智能分析系统。它根据催化传感器在不同温度对不同气体具有不同灵敏度的特点，通过自动调整传感器的工作温度，输出不同的信号，再通过神经网络的训练和信号处理，对多种可燃气体进行分析。实验表明，该系统能够较准确地实现多种混合可燃气体的检测。     

变温加热和神经网络方法检测混合气体

研究了采用单只气敏元件通过变温加热和神经网络信息处理,对乙醇和醋酸混合气体的识别和浓度检测的方法。根据气敏元件的灵敏度随加热温度发生改变的特点,在气敏元件上施加锯齿波加热电压,测量了周期变温条件下25种不同浓度乙醇和醋酸混合气体的归一化电导—温度曲线。然后,采用由64个输入节点和2个输出节点组成的BP网络,以及Levenberg-Marquardt算法对测量数据进行处理。结果说明,该气体分析系统对乙醇和醋酸混合气体有较好的分类识别效果。     

基于气体传感器阵列和独立成分分析的易燃气体检测

本文提出一种基于气体传感器阵列和独立成分分析(ICA)的方法来检测常见易燃性气体,例如一氧化碳(CO)和甲烷(CH4).气体传感器阵列由6个商用金属氧化物半导体传感器组成,分别对这两个独立的气源产生响应.通过分析ICA散点图中CO和CH4的信息成分,实现了这两种易燃气体的定性和定量组分分析.仿真结果表明,用ICA对气体传感器阵列测量数据进行处理,可以提高气体识别的准确率和浓度测量的精度.     

银掺杂氧化锌基乙炔气体传感器的 检测特性研究

乙炔(C_2H_2)气体是运行电力变压器油中溶解的主要故障特征气体之一,能有效反映变压器的放电故障;气体检测传感器及其检测特性是实现故障气体在线分析的关键。提出一种金属银(Ag)掺杂氧化锌(ZnO)基的纳米传感器,基于实验室微量气体平台研究其对C_2H_2气体的检测特性及气敏机理。结果表明:由于Ag掺杂以后为ZnO表面引入了杂质能级,掺杂后的ZnO纳米传感器表现出比未掺杂更高的灵敏度和更快的响应特性,并保持良好的线性度和稳定性。该结果为高性能ZnO基C_2H_2气体传感器的研究提供了新思路。     

基于FFT雷达图的气体传感器温度调制模式

通过快速傅里叶变换提取特征参数,建立气体传感器动态响应的雷达图,并在此基础上研究了6种周期、4种温度幅值的正弦波、三角波、锯齿波以及矩形波等共96种温度调制模式下的微热板式气体传感器对3种易燃易爆气体的响应,分析温度幅值、周期和波形对3种气体的辨识情况影响,确立了一种基于FFT雷达图的温度调制模式优化选择的方法。     

Prediction of the Dynamic Properties of Temperature Sensors in Arbitrary Gases

Abstract

This paper presents a theoretical investigation with experimental model verification of the dynamic properties identification of contact temperature sensors in arbitrary gases. For prediction of dynamic behaviour of temperature sensors in mainly uncommon atmospheres and under conditions where standard experimental work could not be carried out, a mathematical model was built for calculating the dynamic parameters of temperature sensors in various gases at different thermodynamic conditions on the basis of experimental work. Frequently, a sensor's dynamic properties and sensitivity to different or changed thermodynamic conditions such as temperature, pressure, velocity, or even composition of gases in operation conditions can be a crucial factor in the regulation and control of the system. The main part of the contribution describes the mathematical model, its connection with the experimental results and limits within which the discussed relation are valid. The contribution also introduces, on the based of non-dimensional correlation and supposition that the time behaviour, is a function of pressure and velocity; a simplified expression is offered for the calculation the heat transfer coefficient as one of the most significant factor in determining the dynamic properties and behaviour of temperature sensor. The presented investigation has shown applicability of an elaborated mathematical model in connection with experimental results, as well as the employability of a simplified calculated expression which was verified with a standard iterative method. The built model and results of calculations show high applicability of the model, especially in investigations and analyses where different arbitrary gases under different thermodynamic conditions are used.     

光纤持气率计在气/水两相流中响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计对气液两相流的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在不同气/水配比条件下的响应规律。实验结果表明,光纤持气率探针在静水条件下以及在气/水总量为80m3/d的不同气/水配比情况下,持气率对气含量的响应均基本呈线性变化规律;当气/水总量低于45m3/d时,持气率对含水量响应不呈线性规律。     

基于HT46R23的智能排气扇的研制

介绍了研制的智能排气系统的构成及检测主机的硬件与软件设计,该智能排气系统运用传感器技术、电子技术与微机技术对化工仓库中有毒有害气体的含量、空气的温度、湿度3个关键技术参数进行了动态检测,基于化工企业的实际情况,采用气敏传感器、热敏电阻、湿敏传感器分别精确检测有毒有害气体含量、温度、湿度和压力值,试验结果表明:该系统具有稳定性好,精度和灵敏度高,响应速度快等特点.     

基于ICA的气体模式识别方法研究

文中提出一种基于独立成分分析的非监督气体模式识别方法,用多元统计理论中的独立成分分析(independent component analysis-ICA)来分析金属氧化物半导体气体传感器阵列响应数据,进而实现对不同种类气体的分类.对所设计的电子鼻实验系统测量得到的气体传感器阵列稳态响应数据进行了白化和快速定点独立成分分析(FastICA)处理.实验结果表明该方法对区分一氧化碳(CO)、甲烷(CH_4)和氢气(H_2)3种气体有很高的识别率.     

Dynamic performance analysis of turbine flow sensor based on CFD simulations

The research on the dynamic performance of flowmeters has great significance for the accurate measurement of flow onsite. A simulation method for dynamic characteristics of turbine flow sensor was proposed in this study. This method was used to investigate the dynamic performance of three turbine flow sensors with different diameters. The amplitude-frequency characteristic, phase-frequency characteristic, transfer function, and step response are analyzed based on the results of the simulation. The results indicate that turbine flow sensors can be analyzed as a first-order system. The frequency of pulse flow is the main factor affecting the sensor's performance. The phase difference increases as the frequency increases, and the maximum phase difference reaches 50°. The gain of the small-diameter turbine flow sensor is susceptible, while the phase difference and time constant of the large-diameter turbine flow sensor are susceptible. For step flow, the time constant generated by the negative step is larger than that by the positive step. The analysis results provide bases for evaluating the dynamic performance of turbine flow sensors used online.     

气敏元件自动测试系统的设计

介绍了一套气敏元件自动测试系统的设计方案,该系统能够自动控制气敏元件的工作温度、时间及测试气体的流量和浓度,能够自动采集气敏元件的动态响应,并通过测试系统软件实现数据处理与图像分析.改善了系统在数据采集与图像处理方面的不足.     

(111)硅片的高性能热堆式气体流量传感器及其封装技术研究

流量测控在生物医疗、农业监测、汽车电子等方面具有举足轻重的作用。针对现有热堆式气体流量传感器普遍存在着器件尺寸大、灵敏度低、成本高等不足,基于(111)硅片的单面微机械加工工艺设计了一款p⁺ Si/Au热电堆式气体流量传感器。采用高塞贝克系数的p⁺ Si/Au材料制作热电偶,结合“鱼骨状”隔热薄膜和嵌入式隔热腔体结构,最大程度增大了器件的热阻,降低了热损耗,提升了器件的灵敏度。同时,热电偶冷端与单晶硅衬底之间采用高导热的复合金属相连,不仅增大了热电偶冷热端之间的温度差,而且简化了工艺的复杂度。得益于单面微机械加工工艺,传感器尺寸仅有0.65 mm×0.65 mm。在此基础上,基于气体流道封装以及信号处理电路,设计了集传感器芯片,气流流道以及处理电路于一体的气体流量检测模块。测试结果表明,在320倍电压放大及1.0 V的电压偏置下,该器件的归一化灵敏度约为5.4 mV/sccm/mW,响应时间为1.44 ms。     

气固两相流流速测量系统的传感器设计

介绍一种用于测量气固两相流流速的传感器,阐述了其工作原理,对传感器的结构和随机噪声提取电路进行设计和分析,试验证明该传感器能够检测微弱的随机流动信号。     

The monitoring of the two phase flow-annular flow type regime using microwave sensor technique

Accurate monitoring of a multiphase fluid flow in a dynamic pipeline is a significant problem in the oil industry. For efficient management of oil field wells, a real-time online system with capabilities to monitor fractions of oil, gas and water in oil production pipelines is required. These parameters determine the oil quality and inform how much water, oil and gas is produced from oil wells. This paper reports on the development of a novel non-intrusive sensor, which is based on electromagnetic waves cavity resonator. It determines and monitors the percentage volumes of each of the two phases (oil and gas) in the pipeline using the resonant frequencies shifts that occur within the resonator. A laboratory prototype version of the sensor system was constructed and tested. Experimental results were in good correlation with theoretical model that was simulated with High Frequency Structure Simulation (HFSS) software. Reported system will form the basis for the advanced real-time multiphase fluid composition monitoring platform.     

非色散红外气体传感器稳态扩散高斯分布浓度校正方法

流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO₂和N₂O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度测量会产生原理性误差,需要得到气体在传感器气室内达到稳态扩散时间降低浓度测量误差,提高测量精度。本文提出一种非色散红外传感器高斯分布扩散模型预测气体稳态扩散时间计算方法,14组不同条件下CO₂和N₂O的仿真实验得到本文提出高斯扩散模型的拟合度分别为0.82和0.80,验证所提出高斯模型预测气体稳态扩散时间的鲁棒性。本文所提方法非色散红外传感器浓度测量不均匀扩散产生误差补偿提供保障。     

基于 MEMS 的量热式传感器气体流量测量的模型研究

气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域。本研究细致分析了MEMS量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正。并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型。该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体。同时,开展了N₂、CO₂流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.15%。此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO₂测量介质的均方根误差为0.05%。     

加热式热电偶液位测量传感器的研究

压力容器内的水位是反应堆运行中的重要参数,针对传统的传感器难以实现液位测量,提出了一种加热式热电偶传感器,它是基于发热体在气(汽)体和液体中放热系数的显著差异,研制的一种变液位测量为温差测量的加热式铠装热电偶。试验表明,本液位测量传感器原理正确,结构可行,性能可靠,能够准确的判断出液气(汽)界面的位置,推广该传感器在压力容器内应用很有必要。     

光纤持气率测井仪响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计在油气水三相流中的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在油量固定不变含水量不同条件下的持气率响应规律。实验结果表明,当油量为5m3/d、气量小于10m3/d时,持气率随含气量的增大而增大,二者线性变化程度较低;而气量在10～35m3/d之间变化时,持气率随含气量的增大而线性增大。     

气体传感器的动态高精度测试系统设计

目前气体传感动态配气方法已经广泛应用,但具体的配制精度还没有系统研究。设计并组建了以四级杆质谱仪、质量流量控制器和计算机程控系统为主的气体传感器测试系统,该系统根据质谱仪的测试数据利用线性最小二乘法实时调整质量流量控制器的输出电压,采用LabVIEW8.5编写上位机数据采集软件进行远程闭环控制。对目前工业领域使用量最大的12种危化品气体进行了气体配制,并对配制的部分气体利用Agilent6890气相色谱仪进行了测试分析,给出了该测试系统在常温常压下配制不同浓度混合气体的精度。实验数据表明:该系统配制的气体可以作为工业气体传感器的标定气体使用。     

流速对半导体气体传感器响应的影响分析

半导体气体传感器被广泛应用在电子鼻系统中用于检测可燃性气体。然而,半导体气体传感器对环境变化非常敏感,从而影响电子鼻识别目标气体浓度的精度。文章通过实验研究了气体流速对传感器响应曲线及特征参数的影响,研究结果表明,流过传感器的流速对传感器的动态响应和稳态响应都有影响。流速越大,传感器的响应时间和恢复时间越短,灵敏度越高,基线电压越小,不同传感器的稳态响应电压受流速的影响趋势不同。流量小于200 sccm时,传感器受流速变化的影响较大,当流量大于500 sccm以后,传感器受流速变化的影响已越来越小。