两种定压甲烷检测方法的分析.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 ’ 文章编号 “ “ A B C D E “ A C 两种定压甲烷检测方法的分析 童 敏 明 D中国矿业大学 信息与电气工程学院F江苏 徐州 “ G E 摘要在检测甲烷气体时F通过反馈调节电路使催化传感元件或补偿元件上的电压保持不变F从 而得到了两种不同工作原理的新型检测电路F它们对甲烷检测输出特性会产生不同的影响H分 析和实验表明F其中一种检测电路改善了输出信号的稳定性F提高了输出灵敏度I另一种检测电 路输出呈线性关系F在一定程度上提高了甲烷检测的精度H 关键词甲烷检测I催化传感器I检测技术 中图分类号; 97 6 67 978 A 式中 97为常数B 当检测甲烷气体时8由于催化传感器6 7表面 气体的氧化放热反应8 6 7温度升高8 阻值增大8电流 减小8输出电压9也随之降低8由此来检测甲烷 气体的浓度 在第种定压检测方法中8图中的定压元件 为补偿元件6 8 非定压元件为催化传感器6 7 首先 调 整基准电压源C的输出电压8通过调节器D 8输 出工作电流通过催化传感器6 78 由于调节器的输 入电流近似为零8通过催化传感器的工作电流与补 偿元件的工作电流相同8其大小为 ; 97 输出电压为 9; 676; 97 67 6 978 F 式中 97为常数 当检测甲烷气体时8补偿元件不发生变化8其 阻 值6 不变8 由式 E 知8流过催化传感器的工作 电 流也不变8这时8由于甲烷气体在催化传感器 表面的燃烧反应8使催化传感器6 7的温度升高8 阻 值增大8输出电压9随之增大8依此来反映被测甲 烷气体的浓度 比较以上两种不同的定压检测方法可知8两者 的共同点是催化传感器和补偿元件呈串联8经过两 个元件的工作电流基本相同8在检测甲烷气体时8 催化传感器的温度和阻值都要随之增大G两者不同 的是8在第7种定压检测方法中8检测甲烷气体时8 流经两元件的工作电流随着被测甲烷气体浓度的 升高而减小8使输出电压相应减小8这种检测方法 可称之H定压变流I检测方法在第种定压检测方 法中8经过催化传感器的工作电流在检测甲烷气体 时保持不变8输出电压随着被测甲烷气体浓度的升 高而增大8这种检测方法可称之H定压恒流I检测方 法两种不同的检测方法8不仅输出特性不同8其性 能的改善也有所不同 J 两种定压检测方法的性能比较 J K 环境温度的补偿性能 由于甲烷检测环境一般比较严酷8消除环境干 扰的影响8尤其是环境温度的影响8对确保甲烷检 测的准确性是非常重要的L F M由于催化传感器的物 理结构与补偿元件相同8都由铂丝骨架外涂金属氧 化物载体制成8在环境温度变化时8两者的阻值变 化基本相同如环境温度升高8催化传感器和补偿 元件的阻值都要增大N 6 O8对传统电桥检测方法8 由式 7 得 9; 9P 67 7N 6 OQ6 7N 6 O 67 7N 6 O6 7N 6 O; 9P 67Q6 676 R 由式 R 知8当6 7; 68 有9; 8这说明环境 温度的变化并没有对电桥检测的输出产生漂移这 也是电桥检测方法得到广泛应用的原因之一 在定压变流检测方法中8假定在某一环境温度 下8输出9; 976 67 7N 6 O 97; 976 67 97; 9 可见8定压变流检测方法对环境温度的影响具有较 好的补偿作用 同样8在定压恒流检测方法中8假定在某一环 境温度下8输出9; 976 7 6 7N 6 O 97; 9767 6 97; 9 可见8定压变流检测方法对环境温度的影响也有较 好的补偿作用 J J 输出特性的非线性 由式 7 和式 A 知8传统电桥检测和定压变流 检测方法的输出9对6 7均呈非线性关系8 而催化 传感器6 7的阻值随被测甲烷气体浓度的升高而增 大8所以这两种检测方法在检测甲烷时8输出信号 的非线性误差随被测甲烷气体浓度的升高而增大 在定压恒流检测方法中8输出 9是67的函 数8对式 F 求导得 T 9 T 67 ; 97 6 U 7V7 第期童敏明W两种定压甲烷检测方法的分析 万方数据 由于补偿元件 “不受甲烷气体的影响 其阻 值不变式 1“ “ 定压变 流检测方法中催化传感器的加热电流/ ’; 由于在检测甲烷气体时 “基本不变 要有所增 大所以定压恒流检测方法中催化传感器的加热 电流最大传统电桥检测方法中催化传感器的加热 电流其次定压变流检测方法中催化传感器的加热 电流最小激活程度也越轻 型试 验 方 法 参 照 国 家 标 准 A B 4 C 2 3 “进行测试结果见表 表D两种定压检测方法与电桥检测方法的性能比较实验结果 E F G H ID J K LM F N O P K QK RLI F P S N O Q TU O N U S O V PW O V XFU K Q P V F Q V Y K H V F T IV KV X IG N O Z T IU O N U S O V 序号比较项目定压变流法定压恒流法传统电桥法备注 检测误差 * 4 [ -0 \C* “ 2 -0 \C * 4 * -0 \C* -]C -0 \C范围内的最大绝对误差 “ 温度漂移 * -0 \C* -0 \C * -0 \C* ]C *_温度范围内标定点 -0 \C d * “ ““ -0 \C的响应时间 “3 中国矿业大学学报第4 卷 万方数据 实验验证了前面对两种定压检测方法的理论 分析它表明新的检测方法可以改变传感器检测输 出的性能“定压变流检测方法改善了甲烷检测的抗 激活性提高了响应速度和输出灵敏度但非线性 误差略有增大定压恒流检测方法提高了甲烷检测 的精度但抗激活性能变差“权衡利弊定压变流甲 烷检测方法是值得推荐的一种新型检测方法它不 仅灵敏度高响应速度快而且良好的抗激活性能 反映了它具有较好的测值稳定性对延长催化传感 器的使用寿命也是非常有利的“ 参考文献 ’ 童敏明“新型甲烷检测仪的研究 7 ’ “仪器仪表学报 * / - ; * “ / ’ 王涛“矿井安全监控原理及应用 ’ “徐州中国矿 业大学出版社 “ A B AC D E FCG H I C J AK G H G L H B M G H I GFB H IN C A H H OC H M G C P G A C Q C Q N C RS G A H B MT G RG H E UVWB - RB M 8N C G M GC D X D C Q R H B C JT G L H Q B L T M B G G Q B M N YEZ [ \ I C [ 7 B M A [. . , , N I B 9 ] _ ‘ a b c ‘ E FCd B J AC D G F RG A [ Q B ML B Q L [ B H AFG Q GJ G e G C S G JH CJ G H G L HRG H I G C GFB H IL C A H H e C H M GC H I GL H H B L A G A C Q JH I GC H I G Q FB H IL C A H H e C H M GC H I GL C RS G A H B MG G RG H f H I G D G G J f L d J g [ A H RG H “E I GH FCRG A [ Q B ML B Q L [ B H A I e GJ B D D G Q G H S Q B L B S G A JJ B D D G Q G H B RS Q C e G RG H C H I GC [ H S [ H D G H [ Q G “E I G A B A JH I GH G A H A I C F H I H C GL B Q L [ B H L B RS Q C e GH I GA H f B B H C D C [ H S [ H A B M JA G A B f B B H JH I GC H I G Q L B L Q G A G L L [ Q L D C Q RG H I GJ G H G L H B C f B H A B G Q C [ H S [ H “ hi jk l a m _ RG H I GJ G H G L H B C L H H B LA G A C Q RG A [ Q B MH G L I C C M 1* 第.期童敏明两种定压甲烷检测方法的分析 万方数据