CO传感器研究现状

CO传感器简介一、一氧化碳传感器一、CO的产生及危害性质：CO是无色、无嗅、无味、无刺激性的气体，稍溶于水，比重较空气稍轻。产生：CO是碳系物质不完全燃烧的生成物，井下爆破作业、内燃机车的排气、火灾、瓦斯煤尘爆炸均产生CO危害：可燃易爆，剧毒。允许浓度，中国是24PPM，日本是50PPM；检测方法：检知管法、半导体法、电化学气体传感器检测法、红外吸收探测法等。二、检知管法测定CO检知管检测CO原理：CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，来检测CO的浓度。检测剂以活性硅胶为载体，吸附五氧化二碘和发烟硫酸加工而成。反应方程：检测剂与CO反应后由白色变成棕黄色圈，随着气流通过棕色环向前移动，其移动距离与CO浓度大小成正比。24252255()HSOCOIOCOI硅胶棕色二、检知管法测定CO1—检测管外壳（中性玻璃管）2—堵塞物（棉栓、玻璃丝布、耐酸涤纶等）3—保护胶（硅胶吸附试剂以除去干扰气体）4—隔离层（有色玻璃粉等惰性有色颗粒物质）5—指示剂（活性硅胶吸附化学试剂）1—档位；2—采样器；3—检测管；4—指示剂二、检知管法测定CO图2.3-2DQJ-50多种气体检定器图2.3-1比长式CO检知管三、半导体法测定CO1.半导体检测CO原理：半导体气敏传感器利用CO气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在CO气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附。当氧化型气体吸附到N型、还原型气体吸附到P型半导体上时，半导体载流子减少，而使电阻值增大。当还原型气体吸附到N型、氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。（具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，称为还原型气体或电子供给性气体。三、半导体法测定CO半导体气敏时间(响应时间)一般不超1min。N型材料有SnO2、ZnO、TiO等，P型材料有MoO2、CrO3等。三、半导体法测定CO2.电阻型半导体气敏传感器种类及构成气敏器件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。电阻型半导体气敏器件全部附有加热器。加热器作用：烧掉附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。加热器的温度一般控制在200~400℃左右。气敏传感器暴露在各种成分的气体中使用，会使其性能变差，其原因为：①工作条件恶劣，检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等；②气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面。三、定电位电化学检测CO1、电化学气体传感器原理电化学：是研究电解质溶液与电极相界间的电化学反应过程，即化学能和电能之间相互转换的科学。电化学理论指出，在电极和它接触的电解质溶液之间存在着氧化还原反应，并有电子的得失。并且各种物质在电解质溶液中的氧化还原反应均在一定的电极电位下进行。标准电极电位：是指某物质在规定的浓度、温度条件下的电极电位，当电极电位高于该标准电极电位时产生氧化反应，反之，则产生还原反应。因此，该物质的标准电极电位也称为可逆电极电位。如：CO2/CO氧化还原对的可逆电极电位为-0.12V;O2,H+/H2O氧化还原对的可逆电极电位为+1.23V三、定电位电化学检测CO2、定电位电化学CO检测元件电解液：硫酸或硫酸水溶液透气膜：聚四氟乙烯（PTFE）非均相微孔膜，透气但不透水和离子。空隙率大则灵敏度高，响应时间短，但易漏液。气体扩散电极：（透气膜＋电极）防水透气膜:PTFE活性层：铂黑＋PTFE乳液含有催化剂的多孔膜电极，易于被测气体与电解液在气、固、液三相界面上进行氧化还原反应。工作电极：W对面电极：C参比电极：R图2.3-3电化学CO检测元件三、定电位电化学检测CO工作电极W：电极W受恒电位的控制作用，具有一个恒定的电位；被测量一氧化碳，通过聚四氟乙烯薄膜扩散到电极W，并在W电极催化剂的作用下与电解液中的水发生氧化反应，生成二氧化碳和氢质子，同时释放出电子；对面电极C：氧在催化剂作用下与氢质子发生还原反应生成水，并得到电子。W极：C极：三、定电位电化学检测CO/InDFACOH式中：n－电子转移数；D-膜中气体扩散系数；F-法拉第常数；A-反应界面面积；H-扩散电极膜厚度；参比电极R：使W和R间保持恒定电位。W和C间的反应电流为I：法拉第定律1-电源2-恒位环节3-传感器4-放大器5-温度补偿6-指示电表图2.3-4电化学测CO原理四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))1、功能及应用：能连续监测和就地显示一氧化碳浓度值，并在超限时发出声光报警；可与监控系统配套使用。2、主要技术指标：工作电压：9～24VDC工作电流：＜100mADC检测范围：0～500PPmCO检测误差：F.S范围内5%(相对误差)显示方式：三位红色LED显示(分辨率：1PPmCO)输出信号：200～1000Hz、1.0～5.0mADC防爆型式：ExibⅠ矿用本安型外形尺寸：(190×114×57)mm图2.3-5KG9201CO传感器四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))3、结构及原理：89C51单片机遥控调校前置放大信号采集声光报警I/O接口LED显示watchdog电路EEPROM信号输出A/D转换器图2.3-6GTH500B一氧化碳传感器电路原理框图四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))4、CO传感器使用与维护：连接：将来自分站的专用电缆航空插头按对应位置插入传感器上的航空插座，并旋紧固定。电缆航空插头的接线为：1号口——电源正极，红色线；2号口——电源和信号负极，蓝色线；3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口——恒流断电控制信号输出，绿色线。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：①零点调节：在新鲜空气中使传感器通电预热20分钟，按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“1”，然后同时按“▲”键和“▼”键使大数码管显示为0.00，即调零完毕。②精度调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“2”，通入浓度为200ppm的标准一氧化碳气体，气体流量控制在200ml/min，再按“▲”或“▼”键使大数码管显示数值与标准气体数值一致。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))调校：③报警调节：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“3”，然后分别按“▲”或“▼”键调节。④自检：按遥控器上“选择”键使小数码管显示为“4”，此时传感器应显示200ppm，对应的输出信号为520Hz（或2.6mA）。注意：（1）传感器参数调节后，必须在断电之前，按遥控器上的“选择”键使小数码管的显示值循环至消隐，修改后的参数才能存入传感器的存储器内。否则，此次调校无效。（2）仪器零点、精度要定期调校，一般15天一次。四、GTH500(B)型CO传感器(原KG9201、GT500(A))典型故障①传感器显示L.LL：表示传感头内部接线松动或检测元件损坏。②传感器显示8.88或反复显示00.00：表示传感器距离分站太远或IC3（7805）故障（正常时其输入端应该在+18V左右，输出端在+5V左右）。③报警有光无声或无光无声：蜂名器及其连线故障；报警灯或其控制器件（CD4011）或晶体管(9013)故障。④小数码管显示乱跳或无法控制：传感器线路板上数码管旁的遥控红外接收头（SFH）故障。五、便携式CO检测仪CT1000X型CO检测报警仪测量范围：0～2000ppm误差：＜±10%真值报警范围：0～300ppm连续可调响应时间：≤60秒传感器寿命：3年（进口电化学）报警出厂设定：24±1ppm法国TX2000型CO检测仪测量：连续测量范围：0-500/0-2000两种可供选择传感器：电化学式显示：3位半液晶显示，带背景灯报警：5种声光/2个瞬时报警点/超量程报警供电电源：3节LR011.5V干电池工作时间：1000小时五、便携式CO检测仪