接觸燃燒式氣體傳感器檢測原理
接觸燃燒式氣體傳感器檢測原理
可燃性氣體(H2、CO、CH4等)與空氣中的氧接觸,發生氧化反應,產生反應熱(無焰接觸燃燒熱),使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高,電阻值相應增大。一般情況下,空氣中可燃性氣體的濃度都不太高(低于10%),可燃性氣體可以完全燃燒,其發熱量與可燃性氣體的濃度有關??諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大,氧化反應(燃燒)產生的反應熱量(燃燒熱)愈多,鉑絲的溫度變化(增高)愈大,其電阻值增加的就越多。因此,只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(ΔR),就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度。但是,使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件,其壽命較短,所以,實際應用的檢測元件,都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。這樣既可以延長其使用壽命,又可以提高檢測元件的響應特性。
接觸燃燒式氣體敏感元件的橋式電路如圖。圖中F1是檢測元件;F2是補償元件,其作用是補償可燃性氣體接觸燃燒以外的環境溫度、電源電壓變化等因素所引起的偏差。工作時,要求在F1和F2上保持100mA~200mA的電流通過,以供可燃性氣體在檢測元件F1上發生氧化反應(接觸燃燒)所需要的熱量。當檢測元件F1與可燃性氣體接觸時,由于劇烈的氧化作用(燃燒),釋放出熱量,使得檢測元件的溫度上升,電阻值相應增大,橋式電路不再平衡,在A、B間產生電位差E。
這樣,在檢測元件F1和補償元件F2的電阻比RF2/RF1接近于1的范圍內,A,B兩點間的電位差E,近似地與ΔRF成比例。在此,ΔRF是由于可燃性氣體接觸燃燒所產生的溫度變化(燃燒熱)引起的,是與接觸燃燒熱(可燃性氣體氧化反應熱)成比例的。即ΔRF可用下式表示
ρ—檢測元件的電阻溫度系數;
ΔT—由于可燃性氣體接觸燃燒所引起的檢測元件的溫度增加值;
ΔH—可燃性氣體接觸燃燒的發熱量; C—檢測元件的熱容量;
Q—可燃性氣體的燃燒熱;m—可燃性氣體的濃度[%(Vol)];
α—由檢測元件上涂覆的催化劑決定的常數。
ρ,C和α的數值與檢測元件的材料、形狀、結構、表面處理方法等因素有關。Q是由可燃性氣體的種類決定。因而,在一定條件下,都是確定的常數。則
即A、B兩點間的電位差與可燃性氣體的濃度m成比例。如果在A、B兩點間連接電流計或電壓計,就可以測得A、B間的電位差E,并由此求得空氣中可燃性氣體的濃度。若與相應的電路配合,就能在空氣中當可燃性氣體達到一定濃度時,自動發出報警信號,其感應特性曲線如圖。
A、B間的電位差E,并由此求得空氣中可燃性氣體的濃度。若與相應的電路配合,就能在空氣中當可燃性氣體達到一定濃度時,自動發出報警信號,其感應特性曲線如圖。
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