熱導式氣體傳感器屬電學類氣體傳感器,是能感知環境中某種氣體及其濃度的一種裝置或器件,它能將與氣體種類和濃度有關的信息轉換成電信號,從而可以進行檢測、監控、分析、報。口熱導傳感器是早用于氣體檢測的氣體傳感器,具有如下優點.檢測范圍大,高檢測濃度可達 工作穩定性好,使用壽命長,不存在觸媒老化的問題,具有較高的穩定性和可靠性。具有“廣譜”性,可以檢測幾乎所有的氣體,既可以檢測可燃性氣體,也可以檢測惰性氣體,而且在被測環境中有氧或無氧的情況下都可以實現氣體濃度的檢測。檢測裝置結構簡單、價格便宜、使用維護方便。這些優良特性是許多氣體傳感器所不具備的。但是熱導氣體傳感器在氣體檢測應用中也存在檢測精度差、靈敏度低,溫度漂移大等缺陷,限制了熱導氣體傳感器的廣泛應用。我們對氣體濃度的檢測在、煤炭、事、環境等諸多域的研究具有十分重要意義。
傳統熱導式氣體傳感器檢測方式
熱傳導式氣敏材料依據不同可燃性氣體的導熱系數與空氣的差異來測定氣體的濃度,通常利用電路將導熱系數的差異轉化為電阻的變化。傳統的檢測方法是將待測氣體送人氣室,氣室中央是熱敏元件如熱敏電阻、鉑絲或鎢絲(如圖1 所示),對熱敏元件加熱到一定溫度
由于傳統的熱導傳感器檢測方法是利用傳感器的溫度隨被測氣體濃度的改變而發生相應的變化這一特性,實現對不同氣體純度的檢測,存在檢測靈敏度低、檢測誤差大、溫度漂移大、環境溫度補償困難、有交叉敏感現象等諸多問題。“這些問題限制了熱導傳感器的廣泛使用。
傳統檢測方法的本質特征導致了氣體濃度檢測的精度差、靈敏度低、溫度漂移大等缺陷。這些缺陷是傳統檢測方法固有的,在不改進檢測方法的情況下,不可能得到有效克服。要解決熱導式氣體傳感器在應用中存在的問題,必須改進其檢測方法。
熱導式氣體傳感器恒溫檢測工作原理
在實驗中我們得出解決存在上述問題的一個直接有效辦法就是:在氣體濃度檢測過程中始終保持傳感器工作溫度不變,即恒溫檢測的辦法。而要實現熱導氣體傳感器恒溫檢測,其關鍵是在氣體濃度變化的情況下,如何使傳感器保持恒定的溫度?以及在傳感器溫度不變的情況下,如何實現對變化的氣體濃度的檢測? 傳統的檢測方法中采用恒定的電流源給傳感器熱絲供電,就無法保持傳感器溫度恒定。要保持溫度恒定就必須在傳感器的溫度隨氣體濃度(即氣體熱導系數)變化時改變傳感器的工作電流(采用可變電流源)利用電流的熱效應確保傳感器的溫度不變5(圖2 即為熱導式氣體檢測傳感器恒溫檢測原理圖只要做到這一點熱導式氣體傳感器在氣體檢測應用中的缺陷可以從根本上得以克服。就可以利用傳感器工作電流的變化與被測氣體導熱系數的關系實現對氣體濃度的檢測。進一步研究表明,恒溫檢測方法也會給后繼進行的檢測系統非線性補償、環境溫度補償以及多組分氣體的檢測創造有利的條件。
圖2中R1R2R3共同組成電橋,電橋與可變電流源、服電路、調節器A共同組成閉環控制電路。當氣體濃度為零時,調節橋臂電阻使電橋處于平衡狀態(rR= RR;),調定傳感器的工作電流I。(I決定傳感器的工作溫度)。檢測氣體時,若氣體導熱系數增加(減少),由于氣體的熱傳導作用,傳感器的溫度降低(上升),阻值減少(增加),電橋失去平衡,輸出不平衡電壓經放大后送到控制伺服電路,伺服電路的輸出使可變電流源的輸出電流增大(減少),增大(減少)的電流通過熱導傳感器,使溫度上升(下降),阻值增大(減少),直到電橋重新恢復平衡為止。電流增大(減小)的數值反映的導熱系數的大小,測出 的變化量從而檢測出被測氣體濃度。
電橋后仍然處于平衡狀態,所以傳感器電阻未變,即傳感器所處的溫度未變,處于恒定,這便是恒溫檢測的顯著特點。