傳感器在石油煉制工業(yè)中的解決方案
簡略介紹各種常用的氣體傳感器的作業(yè)原理和一些常用氣體傳感器的最新的研究進展。
氣體傳感器主要有半導體傳感器(電阻型和非電阻型)、絕緣體傳感器(接觸焚燒式和電容式)、電化學式(恒電位電解式、伽伐尼電池式),還有紅外吸收型、石英振蕩型、光纖型、熱傳導型、聲表面波型、氣體色譜法等。
電阻式半導體氣敏元件是依據(jù)半導體接觸到氣體時其阻值的改變來檢測氣體的濃度;非電阻式半導體氣敏元件則是依據(jù)氣體的吸附和反響使其某些特性發(fā)作改變對氣體進行直接或間接的檢測。
接觸焚燒式氣體傳感器是基于強催化劑使氣體在其表面焚燒時發(fā)生熱量,使傳感器溫度上升,這種溫度改變可使貴金屬電極電導隨之改變的原理而規(guī)劃的。別的與半導體傳感器不同的是,它簡直不受周圍環(huán)境濕度的影響。電容式氣體傳感器則是依據(jù)靈敏資料吸附氣體后其介電常數(shù)發(fā)作改變導致電容改變的原理而規(guī)劃。
電化學式氣體傳感器,主要使用兩個電極之間的化學電位差,一個在氣體中丈量氣體濃度,另一個是固定的參比電極。電化學式傳感器選用恒電位電解辦法和伽伐尼電池辦法作業(yè)。有液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì),而液體電解質(zhì)又分為電位型和電流型。電位型是使用電極電勢和氣體濃度之間的聯(lián)系進行丈量;電流型選用極限電流原理,使用氣體經(jīng)過薄層透氣膜或毛細孔分散作為限流辦法,取得安穩(wěn)的傳質(zhì)條件,發(fā)生正比于氣體濃度或分壓的極限分散電流。
紅外吸收型傳感器,當紅外光經(jīng)過待測氣體時, 這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收, 其吸收聯(lián)系服從朗伯—比爾(Lambert-Beer)吸收定律,經(jīng)過光強的改變測出氣體的濃度。
聲表面波傳感器的關(guān)鍵是SAW(surface acoustic wave)振蕩器,它由壓電資料基片和沉積在基片上不同功能的叉指換能器所組成,由推遲型和振子型兩種振蕩器。SAW傳感器自身固有一個振蕩頻率,當外界待丈量改變時,會引起振蕩頻率的改變,從而測出氣體濃度。
CO傳感器和最新靈敏資料
對CO氣體檢測的適用辦法有比色法、半導體法、紅外吸收探測法、電化學氣體傳感器檢測法等。
比色法是依據(jù)CO氣體是還原性氣體,能使氧化物發(fā)作反響,因而使化合物色彩改變,經(jīng)過色彩改變來測定氣體的濃度,這種傳感器的主要長處是沒有電功耗。
半導體CO傳感器,經(jīng)過溶膠—凝膠法取得2SnO基資料,在基資猜中摻雜金屬催化劑來測定氣體[5]?,F(xiàn)國外有研究對2SnO基資猜中摻雜Pt、Pd、Au等,并發(fā)現(xiàn)當傳感器作業(yè)在220℃時,在2SnO中摻雜2%的Pt時,傳感器對CO具有最大的靈敏度。因為氣體傳感器的穿插感應,使得CO傳感器對很多氣體如2H、2CO、OH2等都有感應,但是選用上面的辦法使得對其他氣體的靈敏度下降很多。
CO電化學氣體傳感器靈敏電極如常用的金屬資料電化學電極有Pt、Au、W、Ag、Ir、Cu等過渡金屬元素,這類元素具有空余的d、f電子軌道和剩余的d、f電子,可在氧化還原的過程中提供電子空位或電子,也能夠形成絡合物,具有較強的催化能力。又研制了一種新型的CO電化學式氣體傳感器,即把多壁碳納米管自組裝到鉑微電極上,制備多壁碳納米管粉末微電極,以其為作業(yè)電極, Ag/AgCl為參比電極,Pt絲為比照電極,多孔聚四氟乙烯膜作為透氣膜制成傳感器,對CO具有顯著的電化學催化效應,其呼應時間短,重復性好。
使用CO氣體近紅外吸收機理,研究了一種光譜吸收型光纖CO氣體傳感器,該儀器檢測靈敏度可到達6
102.0??。另一種光學型傳感器是用溶膠—凝膠鹽酸催化法和超聲制得2
SiO薄膜,將薄膜浸入氯化鈀、氯化銅混合溶液,勻速提拉,干燥后制得靈敏膜,使用鈀鹽與CO反響,生成鈀單質(zhì),引起吸光度改變。
TP-2 常溫型低功耗一氧化碳傳感器由 2SnO多晶體及適當添加混合劑燒結(jié)而成。具
有微珠式結(jié)構(gòu),電壓振蕩呼應,唯一的選擇性和良好的環(huán)境適應能力,抗攪擾能力強, 不需溫濕度補償,應用電路簡略,本質(zhì)安全等特點。簡略應用電路如圖1
圖1
圖2
輸出特性 150ppm 一氧化炭氣體環(huán)境中傳感器輸出電壓 Vs 波形
圖3
圖3表明在不同一氧化碳濃度的條件下傳感器輸出電壓 Vs 波形。
在 0—800ppm 的規(guī)模內(nèi),此元件的線性度能夠從振幅和振蕩的頻率來判別,一氧化碳的濃度可用曲線下面的面積積分求得,更高的濃度用功率譜來判別更為合理。
現(xiàn)知國外有研究,選用超頻率音響增強電鍍鐵酸鹽辦法取得磁靈敏膜,磁飽和度和矯頑磁力決定對氣體的呼應靈敏度。當溫度加熱到85℃時,得到最大呼應,檢測規(guī)模333ppm~5000ppm。
在裂化塔內(nèi)選用氮氣“凈化”后,理論上來說里面暫時是不含氧氣的,但并不能就此確保滿有把握。為了確保氮氣的純凈度,有必要使用氧氣傳感器對其間氧濃度含量加以監(jiān)測和報警。一般氧濃度報警規(guī)模設(shè)定在2%到4%之間。
作為氧氣和毒氣電化學傳感器的先驅(qū)之一,城市技能的氣體傳感器在傳統(tǒng)兩電極電化學氣體傳感器的基礎(chǔ)上,經(jīng)過添加參閱電極和輔佐電極使得傳感器內(nèi)部電極數(shù)到達了三到四個。參閱電極的參加提高了氣體傳感器丈量的安穩(wěn)性,同時針對溫度改變的影響,輔佐電極的參加能夠有效進行補償,大大提高了電化學氣體傳感器丈量的精確性。此外,對于丈量環(huán)境存在攪擾氣體情況,城市技能