厚膜陣列式瓦斯傳感器研究及設(shè)計(jì).pdf

1、目前，國內(nèi)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(jié)構(gòu)、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(bào)等問題，工作穩(wěn)定性差，嚴(yán)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(biāo)定一次，才能保證檢測的準(zhǔn)確性。使用壽命在1年左右，所以使用成本和運(yùn)行成本高，嚴(yán)重影響煤礦安全監(jiān)控與預(yù)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(wǎng)平面印刷、燒結(jié)和多層布線等技術(shù)將厚膜敏感材料燒結(jié)在絕緣體基板上，形成厚膜傳感器陣列。在此基礎(chǔ)上，通過信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集電路實(shí)現(xiàn)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(biāo)定周期，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(shè)計(jì)及研究方案，介紹了瓦斯傳感器的研究目標(biāo)、厚膜瓦斯傳感器的陣列及其平面化設(shè)計(jì)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(chǔ)上，設(shè)計(jì)瓦斯敏感元件及傳感器陣列，并對該設(shè)計(jì)進(jìn)行ANSYS熱分析以驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性。第四章，重點(diǎn)介紹了“接力”式信號處理電路分時工作方式設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)程序以及上位機(jī)顯示程序的設(shè)計(jì)。第五章，建立瓦斯傳感器標(biāo)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(biāo)定和檢測的平臺，闡述標(biāo)定過程中的非線性校正方法。最后第六章對全文做了總結(jié)，并對今后的工作作了展望。 研究結(jié)果表明：“接力”式工作方式實(shí)現(xiàn)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(biāo)定周期，提高了傳感器的穩(wěn)定性、達(dá)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(shè)計(jì)進(jìn)行可行性驗(yàn)證，也獲較好結(jié)果。表明本課題的技術(shù)路線和