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。     

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。     

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。     

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。     

催化燃烧型甲烷传感器恒温检测桥路的研究

催化燃烧型甲烷传感器的激活是传感器使用的关键问题。文章验证了催化燃烧原理,并分析了甲烷传感器的二值性问题。针对激活和二值性问题,设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验取得了良好的效果。     

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。     

基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统

利用多传感器检测技术结合集成学习方法，设计了一种基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统，其中分别使用恒压供电式催化燃烧型传感器、两路脉冲供电式催化燃烧型传感器和热传导型传感器相结合的方式达到全范围检测的目的。实验结果表明，相比使用单一算法模型，本文所提出的LightGBM-Stacking集成模型在甲烷预测的准确率、均方根误差及决定系数等指标上均有更好的表现。     

抗毒载体催化元件的实验研究

载体催化元件在含有硫化氢的环境中长期工作 ,会发生催化剂中毒 ,这严重影响着元件在这些环境中的应用。文章分析了载体催化元件中毒失活的本质 ,通过实验研究 ,探讨了铂钯催化剂系统抗硫化氢中毒的一般策略。     

掺杂α—Fe_2O_3的气敏材料特性

报道了在SnO_2、ZnSnO_3基体材料中掺有α—Fe_2O_3金属氧化物作催化剂的半导体气敏材料的性能。实验表明,在不同基体材料中掺入不同比例的α—Fe_2O_3后,元件静态电阻R_0及元件对甲烷(CH_4)、丁烷、乙醇等气体性能随掺杂比例不同而改善,而对一氧化碳(CO)、汽油等气体性能改善不大。此外,α—Fe_2O_3掺杂使元件的可靠性、长期稳定性得到明显提高。     

Selective mixed potential ammonia exhaust gas sensor

Novel selective ammonia sensors with high potential for long-term stability in harsh exhaust environments are introduced. The sensor bases on the mixed potential effect. In contrast to common sensors, the electrode functionalities electrical conductivity, selective catalytic activity, and electrochemical activity combined with long-term stability are separated. For that reason, one of the two electrodes is covered by a well-known porous vanadia–tungstenia–titania-based SCR catalyst material, which has been developed for exhaust gas SCR applications. The resulting sensor signal depends semi-logarithmically on ammonia. The NO_x cross-sensitivity is marginal. If enough oxygen is in the exhaust, the sensor signal is independent of the oxygen concentration. Tests downstream of an SCR catalyst show that very small ammonia slips can be determined.     

BaTiO_3对SnO_2基CO气敏元件性能影响

通过掺入BaTiO3来调整SnO2基CO气敏元件的温度系数,进而改善气敏元件的长期稳定性。元件的各种性能与BaTiO3的性质和含量密切相关。当掺入质量分数为2%的含YCl3摩尔分数为0.4%的BaTiO3时,元件的烧结温度升高,抗酒精的干扰能力增强,元件的长期稳定性得到了改善。     

SnO_2气敏元件中无机粘接剂的作用和影响

研究SnO2气敏材料中起粘接剂作用的Bi和Si掺杂对器件电阻、灵敏度及长期稳定性的影响。研究表明:与Bi掺杂相比,添加富含Si的无机粘接剂能大大提高敏感膜的粘接强度,器件电阻适中,对灵敏度的影响不大,而且材料在820℃下烧结2h,仍能获得10nm以下的晶粒尺寸,说明Si不仅起粘接剂作用,也能明显抑制SnO2晶粒长大,高温烧结将有利于改善器件的长期稳定性。     

煤矿瓦斯传感器性能评价与改进新方案

为了解决煤矿瓦斯传感器存在开盖时间长、按键多、不易操作等诸多不便的问题 ,介绍了几种瓦斯传感器的性能 ,总结出了目前煤矿中所需要的瓦斯传感器类型 ,最后根据目前矿井的生产状况提出了改革新方案。新方案传感器具有键位少、体积小、坚固耐用、操作方便等特点 ,在实践中得到广泛的应用。     

多传感器电子秤非线性补偿电路的研究

介绍了改进多传感器电子秤的计量精度及稳定性的实现方案。根据称重系统在实际应用过程中的测量精度情况,对系统中所用传感器作受力分析。通过对影响称重系统精度的性能指标因素的研究,改进称重系统结构,增强系统稳定性。讨论并分析多传感器系统非线性造成的原因,根据传感器的输入输出特性曲线,应用动态补偿电路对多传感器进行线性化处理,从而以硬件手段实现系统的优化,使电子秤称重系统精度和稳定性得到了很大改善。     

Pd掺杂对SnO_2气敏性能的影响

在气体传感器中金属Pd被广泛用作的催化剂,利用直流溅射和浆料涂覆的方法制备出SnO2气敏元件,在氧气氛中通过直流溅射对SnO2元件进行Pd掺杂,并对用不同制备方法所得元件的电导、灵敏度等进行比较。结果表明:Pd掺杂降低了元件的电导,并使得电导峰出现的位置从460℃转移到260℃和180℃,这和样品的制备方法有关。Pd掺杂有利于提高SnO2元件的灵敏度,特别在低温区(100~250℃)对不同气体的灵敏度有几十倍提高。     

医用电子鼻传感器系统的发展

医用电子鼻是一种特殊的电子鼻系统,与通用电子鼻一样,传感器系统是它的核心。现有的气体传感器主要有金属氧化物半导体型、电化学型、导电聚合物型、石英微天平等几种,但将它们用于医用电子鼻都还有不足,因为医用电子鼻对传感器系统有更高的要求,它要求气体传感器谱度更广、检测限更低、灵敏度和稳定性更好。     

传感器影响可燃气体报警器长期稳定性及产生误报的原因分析

概述了影响报警产品性能的两大原因-电路和气体传感器,其中气体传感器部分是影响质量的关键。以半导体传感器为例,分析了可燃气体报警器在正常使用环境下经常发生误报警及使用一段时间后不报警的原因,并采取了相应的措施—通过对传感器增加干扰气体过滤帽把主要影响报警器误报的乙醇等气体滤除掉,并尽可能远离含硅物质以保证传感器的长期稳定性。根据对不同质量传感器在各种气体环境下的试验数据及特性曲线分析,论述了传感器对报警产品的可靠性及长期稳定性的影响,并针对报警器的误报问题提出相应的解决方法。     

基于虚拟仪器的气体传感器自动测试系统

针对传统气体传感器测试系统的缺点,开发了一套基于虚拟仪器的气体传感器测试系统,该系统能够自动控制气体传感器的工作温度、湿度及测试气体的体积分数,并且能够自动采集传感器的动态响应信号。同时,结合实例详细介绍该系统的电气连接、LabVIEW测试软件设计和系统数据采集的稳定性及可靠性。