厚膜陣列式瓦斯傳感器研究及設計.pdf

1、目前，國內瓦斯傳感器大多采用催化型傳感器，然而，由于受傳感器的結構、材料、活性衰減等因素的影響，瓦斯傳感器存在使用壽命短、易中毒、耗電大、易誤報等問題，工作穩(wěn)定性差，嚴重制約著礦井瓦斯的檢測精度。此外，催化型瓦斯傳感器需要每星期標定一次，才能保證檢測的準確性。使用壽命在1年左右，所以使用成本和運行成本高，嚴重影響煤礦安全監(jiān)控與預警系統(tǒng)的正常工作和監(jiān)控精度。 為提高催化型傳感器的穩(wěn)定性，解決瓦斯的定量監(jiān)測，克服催化型瓦斯傳感器存在

2、的問題，本課題采用厚膜漿料、絲網平面印刷、燒結和多層布線等技術將厚膜敏感材料燒結在絕緣體基板上，形成厚膜傳感器陣列。在此基礎上，通過信號調理、數據采集電路實現傳感器陣列中多個敏感元件”接力”式工作，敏感元件工作每滿24×7小時后切換到下一個敏感元件，以此延長整個傳感器的標定周期，實現方便使用和延長壽命的目的。 本文第一章首先介紹了瓦斯傳感器的發(fā)展及其現狀、催化型瓦斯傳感器工作原理、催化型瓦斯傳感器存在的問題。第二章介紹了厚膜陣列

3、式瓦斯傳感器總體設計及研究方案，介紹了瓦斯傳感器的研究目標、厚膜瓦斯傳感器的陣列及其平面化設計和“接力”式信號處理電路研究方案。第三章，在分析分立式催化型瓦斯傳感器性能的基礎上，設計瓦斯敏感元件及傳感器陣列，并對該設計進行ANSYS熱分析以驗證設計可行性。第四章，重點介紹了“接力”式信號處理電路分時工作方式設計，以及數據采集電路設計、單片機程序以及上位機顯示程序的設計。第五章，建立瓦斯傳感器標定檢測系統(tǒng)，為分立式瓦斯傳感器、厚膜陣列式瓦

4、斯傳感器提供性能標定和檢測的平臺，闡述標定過程中的非線性校正方法。最后第六章對全文做了總結，并對今后的工作作了展望。 研究結果表明：“接力”式工作方式實現了傳感器陣列的“接力”工作，陣列中敏感元件工作滿24×7小時后切換到下一個敏感元件，延長了整個傳感器的標定周期，提高了傳感器的穩(wěn)定性、達到了使用方便和延長壽命的目的。采用ANSYS熱分析方法對厚膜瓦斯傳感器的陣列及其平面化設計進行可行性驗證，也獲較好結果。表明本課題的技術路線和