專利名稱：甲烷濃度檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用載體催化元件檢測可燃?xì)怏w濃度的技術(shù)，具體是一種甲烷濃度檢測方法及檢測裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的采用催化元件檢測甲烷濃度的方法及裝置，其檢測原理是將涂有催化劑(如氧化鈀黑)的催化元件作為檢測元件，對(duì)催化元件和一個(gè)未涂催化劑的參比元件通以檢測電流，隨著甲烷濃度的上升，由于催化劑的作用，使催化元件的溫度和電阻按照一定的規(guī)律上升，通過檢測電路對(duì)比催化元件和參比元件的溫度差來獲得濃度信號(hào)。這種方法及裝置在使用中，若催化元件溫度過高將會(huì)使催化劑的氧化反應(yīng)加劇，從而導(dǎo)致催化元件的損壞。為防止這種情況的發(fā)生，傳統(tǒng)的辦法是當(dāng)甲烷濃度超過一定值時(shí)，切斷催化元件的電源，以防止催化元件的進(jìn)一步升溫，經(jīng)過一定延時(shí)后(一般為30s～90s)，再重新供電，如果甲烷濃度在正常檢測范圍，則繼續(xù)檢測工作，如果甲烷濃度超過規(guī)定值，則再次斷電保護(hù)，如此反復(fù)。上述方法及裝置能夠檢測的甲烷濃度范圍較小，一般在4％以下。此外，當(dāng)實(shí)際檢測過程上，一旦甲烷的濃度大于6％，即使此時(shí)切斷電源，催化反應(yīng)還會(huì)維持“自燃”，這種“自燃”的能量來源于氧氣與甲烷的反應(yīng)，單純的切斷電源已無法撲滅這種“自燃”，因而在高濃度甲烷環(huán)境下，危險(xiǎn)能量的觸發(fā)也將最終導(dǎo)致催化元件的損壞。正是由于上述原因，使用傳統(tǒng)方法的檢測裝置在使用過程中催化元件的使用壽命很低，損壞率極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠增大甲烷濃度的檢測范圍、避免檢測元件在較高濃度下?lián)p壞、延長檢測元件使用壽命的甲烷濃度檢測方法及檢測裝置。
本發(fā)明的檢測方法如下a.設(shè)置兩個(gè)參數(shù)相同的檢測元件，其中一個(gè)表面涂有催化劑，作為催化元件，另一個(gè)不涂催化劑，作為參比元件；b.將兩個(gè)檢測原件接入恒流回路中，用一個(gè)比較器對(duì)兩個(gè)檢測元件輸出端的電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出到一個(gè)信號(hào)處理裝置(如單片機(jī))中，檢測前將兩個(gè)檢測原件的輸出端電壓初始值調(diào)定平衡；c.如果催化元件因甲烷濃度升高而引起催化元件溫度升高到一個(gè)設(shè)定值(該設(shè)定值低于催化反應(yīng)“自燃”的臨界溫度)時(shí)，將引起催化元件電阻的升高和元件輸出端電壓的變化，這時(shí)由比較器將不平衡的信號(hào)輸出到信號(hào)處理裝置中，再由信號(hào)處理裝置輸出一個(gè)能夠使催化元件供電在特定時(shí)長t內(nèi)(如2ms)斷開的控制信號(hào)(稱之為開槽信號(hào))，在經(jīng)過該特定時(shí)長后，催化元件恢復(fù)供電，如此循環(huán)重復(fù)上述過程；d.由信號(hào)處理裝置對(duì)輸出開槽信號(hào)的頻率進(jìn)行測定，根據(jù)該頻率的數(shù)值計(jì)算出檢測環(huán)境中的甲烷濃度。
本發(fā)明的檢測裝置中，包括有依次串接在恒流電源正負(fù)極之間的一個(gè)涂有催化劑的催化元件和一個(gè)未涂催化劑的參比元件，還有一個(gè)電位器RW連接在電源正負(fù)極之間，催化元件的輸出端B連接到一個(gè)比較器的正極輸入端，電位器的調(diào)節(jié)端E連接在比較器的負(fù)極輸入端，比較器的輸出端連接到一個(gè)CPU電路的信號(hào)輸入端C，CPU電路有一個(gè)脈沖信號(hào)輸出端F，該脈沖信號(hào)輸出端F連接到一個(gè)電子開關(guān)BG的控制端，該電子開關(guān)BG產(chǎn)并聯(lián)在催化元件的兩端。
本發(fā)明的工作原理是首先用催化元件與參比元件搭建一個(gè)平衡的檢測橋路；當(dāng)催化元件因甲烷濃度的升高而升溫時(shí)，由于電阻的變化而使橋路失衡；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，由信號(hào)處理裝置輸出具有一定時(shí)長t的開槽信號(hào)，使催化元件瞬時(shí)斷電，從而其溫度回落，迫使檢測橋路回到平衡狀態(tài)；開槽信號(hào)停止后，催化元件恢復(fù)供電，溫度再次升高，直至信號(hào)處理裝置再次輸出開槽信號(hào)，如此反復(fù)循環(huán)。
檢測環(huán)境中的甲烷濃度越高，催化反應(yīng)越強(qiáng)烈，溫升速度越快，則輸出開槽信號(hào)的頻率越高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在甲烷濃度為10％以下時(shí)，被測空氣中的甲烷濃度與開槽信號(hào)的輸出頻率為正比關(guān)系，因而利用本發(fā)明的方法可使甲烷濃度的檢測范圍擴(kuò)大至10％。此外，由于催化元件的溫度在檢測過程中僅在極小的范圍內(nèi)作鋸齒形波動(dòng)，宏觀上是工作在“自燃”臨界溫度以下的近似恒溫的狀態(tài)下，因而高濃度的甲烷不會(huì)損傷催化元件，大大延長了催化元件的使用壽命。


圖1是基于本發(fā)明方法的檢測裝置實(shí)施例的電路原理圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中催化元件的電壓波形圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中比較器輸出的觸發(fā)脈沖波形圖；圖4是傳統(tǒng)檢測方法及檢測裝置中催化元件溫度與甲烷濃度的關(guān)系曲線圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中催化元件溫度與甲烷濃度的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例采用基于圖1原理的電路，電路中的催化元件1和參比元件2與傳統(tǒng)檢測方法中的檢測元件相同，現(xiàn)有產(chǎn)品中的這兩個(gè)檢測元件一般為一個(gè)一體化的產(chǎn)品，其電阻隨溫度升高而增大，催化元件表面涂有催化劑氧化鈀黑，檢測回路為150mA的恒流電源電路，信號(hào)處理裝置采用一個(gè)CPU電路，與催化元件并聯(lián)的電子開關(guān)BG為一個(gè)NMOS晶體管或NPN晶體管，控制電子開關(guān)的開槽信號(hào)為t＝2ms的脈沖信號(hào)。
本發(fā)明的裝置在一定濃度的甲烷氣體中工作時(shí)，其比較器輸出的觸發(fā)脈沖波形如圖3所示。催化元件上的電壓則如圖2所示，與傳統(tǒng)檢測方法中催化元件上的直流電不同，該電壓為間斷的直流脈沖電壓。
圖4和圖5則分別顯示了傳統(tǒng)檢測方法及裝置與本發(fā)明方法及裝置中催化元件溫度與甲烷濃度的關(guān)系曲線。由圖中可看出，傳統(tǒng)的檢測方法及裝置在工作過程中，在一定的甲烷濃度范圍內(nèi)催化元件的溫度不斷升高；而要本發(fā)明的方法及裝置在工作過程中，催化元件的溫度在宏觀上為恒溫。
權(quán)利要求
1.一種甲烷濃度檢測方法，其特征是該方法中a.設(shè)置兩個(gè)參數(shù)相同的檢測元件，其中一個(gè)表面涂有催化劑，作為催化元件，另一個(gè)不涂催化劑，作為參比元件；b.將兩個(gè)檢測原件接入恒流回路中，用一個(gè)比較器對(duì)兩個(gè)檢測元件輸出端的電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出到一個(gè)信號(hào)處理裝置中，檢測前將兩個(gè)檢測原件的輸出端電壓初始值調(diào)定平衡；c.如果催化元件因甲烷濃度升高而引起催化元件溫度升高到一個(gè)設(shè)定值時(shí)，將引起催化元件電阻的升高和元件輸出端電壓的變化，這時(shí)由比較器將不平衡的信號(hào)輸出到信號(hào)處理裝置中，再由信號(hào)處理裝置輸出一個(gè)能夠使催化元件的供電在特定時(shí)長t內(nèi)斷開的控制信號(hào)(稱之為開槽信號(hào))，在經(jīng)過該特定時(shí)長后，催化元件恢復(fù)供電，如此循環(huán)重復(fù)上述過程；d.由信號(hào)處理裝置對(duì)輸出開槽信號(hào)的頻率進(jìn)行測定，根據(jù)該頻率的數(shù)值計(jì)算出檢測環(huán)境中的甲烷濃度。
2.一種甲烷濃度檢測裝置，其特征是它包括有依次串接在恒流電源正負(fù)極之間的一個(gè)涂有催化劑的催化元件(1)和一個(gè)未涂催化劑的參比元件(2)，還有一個(gè)電位器RW連接在電源正負(fù)極之間，催化元件的輸出端B連接到一個(gè)比較器的正極輸入端，電位器的調(diào)節(jié)端E連接在比較器的負(fù)極輸入端，比較器的輸出端連接到一個(gè)CPU電路的信號(hào)輸入端C，CPU電路有一個(gè)脈沖信號(hào)輸出端F，該脈沖信號(hào)輸出端F連接到一個(gè)電子開關(guān)BG的控制端，該電子開關(guān)BG產(chǎn)并聯(lián)在催化元件的兩端。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用載體催化元件檢測可燃?xì)怏w濃度的技術(shù)，具體是一種甲烷濃度檢測方法及檢測裝置。本發(fā)明的檢測方法是將一個(gè)催化元件和一個(gè)參比元件接入恒流回路中，用比較器對(duì)其輸出端的電壓進(jìn)行比較，將比較結(jié)果輸出到一個(gè)信號(hào)處理裝置中，檢測前將兩個(gè)檢測原件的輸出端電壓初始值調(diào)定平衡；當(dāng)甲烷濃度升高時(shí)，比較器將不平衡的信號(hào)輸出到信號(hào)處理裝置中，再由信號(hào)處理裝置輸出一個(gè)開槽信號(hào)，由信號(hào)處理裝置對(duì)輸出開槽信號(hào)的頻率進(jìn)行測定，根據(jù)該頻率的數(shù)值計(jì)算出檢測環(huán)境中的甲烷濃度。本發(fā)明能夠增大甲烷濃度的檢測范圍、避免檢測元件在較高濃度下?lián)p壞、延長檢測元件使用壽命。
文檔編號(hào)G01N27/14GK1547001SQ20031010647
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者賈柏青 申請(qǐng)人:賈柏青