催化燃烧式瓦斯传感器技术研究进展

首先分析了催化燃烧式瓦斯传感器的工作原理,然后综述了催化燃烧式瓦斯传感器的标定与补偿技术现状,最后指出,综合考虑催化燃烧式瓦斯传感器的稳定性和一致性,探索研究在初始不一致和工作过程不稳定的双重作用下,传感器数据的变化规律,通过智能信息处理的方法予以动态补偿,将是下一步需要研究的主要方向。     

热燃烧式瓦斯传感器催化剂失活机理研究

热燃烧式催化瓦斯传感器是煤矿矿井瓦斯监控系统的核心部件,用于检测瓦斯体积分数,实现风电闭锁功能。由于矿井环境条件恶劣,常常使瓦斯传感器表现出稳定性能差,校准期短等缺点,一直是困扰热燃烧式催化瓦斯传感器应用的难题。通过研究热燃烧式催化瓦斯传感器的失活模式及响应分析,重点探讨了铂催化剂失活的3种机理:烧结、结焦、中毒,建立了催化剂失活速率方程,提出了添加Pt-Pd复合催化剂的方法来改善催化剂失活,改进后,传感器的稳定性得到了明显提高。     

催化元件配对工艺及瓦斯检测方法优化

通过研究热催化瓦斯传感器催化传感元件的动态配对工艺,增强了传感元件和补偿元件的一致性,抑制了零点漂移。采用新的检测方法,改善了传感器的工作状态,提高了传感器的灵敏度和稳定性。传感器灵敏度自动调校的研究有利于瓦斯监测系统自动化与可靠性的提高。     

恒温检测方法在检测混合气体中的应用

根据催化燃烧气体传感器的敏感机理,讨论了催化燃烧气体传感器检测电桥在恒压源供电情况下的输出与补偿元件和敏感元件电阻变化之间的关系;应用补偿元件和敏感元件的电阻与其工作温度变化的关系及热平衡方程,推导出了催化燃烧气体传感器输出与被测气体浓度之间的关系,且得出催化燃烧气体传感器的输出是线性的;提出了采用n个催化燃烧气体传感器分别工作在不同温度下,根据每个传感器的输出计算出由n种气体组成的混合气体中的各组分浓度的方法。试验结果表明,应用该方法检测混合气体各组分浓度时,最大检测相对误差小于10%,且相对误差与浓度没有严格的依赖关系。     

热催化瓦斯传感器的特性及其补偿方法

针对热催化瓦斯传感器特性漂移严重的问题,在对热催化瓦斯传感器灵敏度、零点时漂以及环境温度、湿度对其影响实测数据的基础上,通过最小二乘法建立了传感器特性漂移的数学模型,并提出了对其特性进行补偿的方法。实验结果表明:补偿后的瓦斯检测精度大大提高。对热催化瓦斯传感器特性漂移的机理进行了分析。     

补偿元件对载体催化元件输出特性的影响

阐述了矿井瓦斯传感器－载体催化元件在应用中，补偿元件发挥的作用和工作原理，着重分析了补偿元件对载体催化元件输出特性的影响，探讨了提高线性补偿效果的方法。     

瓦斯探测器零点校正技术的研究

针对目前广泛使用的瓦斯探测器漂移大、成本高、维护周期短等问题,提出了基于恒温控制电路的瓦斯探测器的定时自动零点校正方法。该方法以催化燃烧式气体传感器为对象,采用恒温控制电路为传感器供电,以零点漂移的理论分析和大量实验研究工作为依据,解决了该类探测器长期未能解决的零点稳定性问题。采用模拟电子开关配合电阻网络实现数字电位器设计,节约了成本。实验结果表明:采用恒温控制电路的零点校正后的残留偏差比未经校正的输出值减少了近1个数量级,为设计具有自动定时调零功能的瓦斯探测器提供了技术支持。     

催化燃烧式气体传感器加速稳定方法研究

本文对催化燃烧式气体传感器的漂移特性进行了分析,提出了一种加速催化燃烧式气体传感器稳定方法-通断电应力法,并对该方法进行了试验验证和机理分析.试验结果表明:传感器经历通断电应力试验后,传感器在热循环试验条件下的漂移在±1.5％FS之间;在长期通电条件下的漂移在±4.0％FS之间,漂移明显优于未经历通断电应力试验传感器....     

低功耗甲烷传感器研究进展

针对分布式无线甲烷传感器需功耗低、微型化、响应时间短、可靠性高、安全性好的要求,介绍了基于微机械电子系统技术和纳米材料的低功耗催化燃烧式、热导式、电导式甲烷传感器的工作原理和研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗甲烷传感器的发展方向和前景。(1)低功耗催化燃烧式甲烷传感器可测量低浓度甲烷,然而易中毒,稳定性不高,由于工作温度较高,低功耗催化燃烧式甲烷传感器的功耗一般较高,通过采用脉冲方式运行,传感器平均功耗可降低至2mW以下;然而其稳定性不高,未来的研究方向是改进封装工艺或者催化材料,以增强其抗毒化的能力,同时需结合人工智能和机器学习等先进算法研究免人工校准的低功耗催化燃烧式甲烷传感器。(2)低功耗热导式甲烷传感器具有全量程测量甲烷的能力,可同时测量低浓度和高浓度甲烷,在矿井中可以稳定运行,且对煤矿井下环境的适应力强,具有分布式无线甲烷传感器应用前景;未来的发展方向是改进电路模组,实现睡眠-唤醒运行模式,同时研究传感器元件和外围电路的集成技术,以实现片上集成式热导式甲烷传感系统,降低整体运行功耗。(3)低功耗电导式甲烷传感器分为室温型和微加热板型,室温型电导式甲烷传感器功耗较低,但响应时间较长;微加热板型电导式甲烷传感器功耗相对低,结合特定的纳米材料,可以在较低工作温度下实现对甲烷的响应,具有低浓度甲烷监测应用前景,但微加热板电导式甲烷传感器一般对环境湿度很敏感,基线易偏移,敏感材料对电极的粘附力差,器件重复性和可靠性均较差,需要进一步改进敏感材料和封装工艺;应用磁控溅射方法将半导体氧化物敏感材料沉积到电极上可提高材料的粘附力,从而提高器件的重复性和可靠性,同时需结合算法纠正基线偏移,保证微加热板型电导式传感器的稳定运行。(4)从整个传感系统角度看,传感元件外围电路的功耗有时甚至高于传感元件本身,未来的方向是研究片上集成式甲烷传感器,可大大降低外围电路功耗,形成极低功耗甲烷传感器。(5)需要研究先进的传感器自校准算法,实现分布式无线低功耗甲烷传感器免人工标校或自校准。     

微悬梁式汽油传感器研究

提出了利用MEMS技术将电化学生长的Al2O3模板加工成传感器的微悬梁结构,并将其用于催化燃烧式气体传感器结构的基底.采用平面薄膜工艺制作出铂薄膜敏感电阻器,涂敷Al2O3-ZrO2-ThO2-Pt-Pd和Al2O3-ZrO2-ThO2-PbO形成催化敏感桥臂和温湿度补偿桥臂,从而制作出汽油传感器.测试结果表明:传感器可实现汽油体积分数为(0-15)×10-3的检测(标准气为己烷),且具有线性输出特性.同时对汽油传感器的工作初始稳定性和长期稳定性问题进行了研究.     

组合结构半导体气体传感器的研究进展

综合介绍了基于气体传感器互补反馈和互补增强原理的新型组合结构半导体气体传感器的研究进展,着重对传感器的原理、结构、材料及性能作了介绍,并分析了组合结构半导体气体传感器的发展趋势。     

基于案例与规则推理的热风炉燃烧控制方法与应用

热风炉自动烧炉对于节约能源、降低人力劳动强度、延长使用寿命十分关键;针对某钢铁企业热风炉检测设备简单、易损坏的特点,通过热风炉燃烧的特性分析,建立了燃烧控制专家决策模型,它通过模仿人工烧炉经验制定燃烧控制策略,利用案例推理结合模糊修正补偿的方式优化设定空燃比,采用模糊专家控制器控制煤气流量,实现热风炉的自动燃烧控制;工业应用表明,系统投资少,运行稳定,适应强,取得增产降耗的显著功效。     

基于拉格朗日差值的压力传感器温度补偿算法

随着压力传感器的广泛应用,对压力传感器的精度要求越来越高,由于温度是影响压力传感器精确度的主要原因,所以减小由温度漂移所造成的测量误差是需要解决的问题.本文设计了一种基于拉格朗日差值的压力传感器温度漂移补偿软件算法.该方法简单实用,同时测量引用误差可以控制在0.26%以内,完全可以满足实际的需要.     

矿用打钻防着火安全保护装置的设计

为了防止煤层瓦斯抽采钻孔时因煤粉自燃而导致一氧化碳浓度过高和瓦斯爆炸,设计了矿用打钻防着火安全保护装置。该装置通过传感器监测一氧化碳和瓦斯浓度,采用单片机实现高压风和压力水的自动转换控制。现场试验显示,在打钻期间钻孔煤粉发生自燃的情况下,该装置可以实现高压风和压力水的自动转换,及时将钻孔内燃烧的煤粉熄灭。     

工作面回风巷瓦斯分布研究及监测布置探讨

测试了采煤工作面回风巷不同位置断面的瓦斯体积分数,作出了巷道断面的瓦斯分布云图,研究了回风流瓦斯体积分数分布规律,得出结论:距离工作面不同位置的巷道断面上瓦斯体积分数分布是不均匀的,瓦斯随着风流运移约100m后才能逐渐和空气混合均匀;上隅角涌出的采空区瓦斯对巷道瓦斯体积分数分布影响较大。对工作面回风流瓦斯监测及传感器布置提出了改进建议,即回风巷道瓦斯传感器应该布置在巷道的中线上,距离顶板不大于300mm,距上隅角10m处也应布置一个传感器测点。     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。     

红外甲烷传感器非线性动态补偿的研究

红外甲烷传感器作为瓦斯监测主要传感器之一,非线性动态影响到它的测量准确度和测量范围,不利于安全生产.针对这一问题,采用最小二乘支持向量机非线性动态方法对传感器进行补偿,并对算法予以改进.通过仿真实验加以比较,实验结果表明:基于改进最小二乘支持向量机非线性动态补偿,传感器测量准确性和测量范围大大提高,对促进安全生产有积极...     

一种基于正交基神经网络算法的传感器误差补偿方法

为了提高传感器的误差补偿精度,提出了一种基于正交基神经网络算法的传感器误差补偿方法.研究了神经网络算法的收敛性,为学习率的选择提供了理论依据.为了验证算法的有效性,给出了传感器误差补偿实例.研究结果表明,基于正交基神经网络算法的传感器误差补偿方法具有高的误差补偿精度,因而是一种有效的误差补偿方法.