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一氧化碳传感器的发展趋势

文章来源:楚环传感器 发布时间:2020-06-06

一氧化碳传感器的发展趋势:

1、基于光声CO探测

光声气体检测技术本质上基于红外吸收法。燃烧产物气体的分子通常都可以根据其特定吸收波长而被标识出来。在通常的光声检测中,气体被密封在一个小腔内(称为光声腔),当用一束调制(强度随时间周期性变化)的红外光照射气体时,气体分子吸收光能而被时变加热,这个温升导致气体膨胀,由此引起的周期性压力波动可以用一只麦克风检测到。因信号强度与气体浓度相关,因此可以用于气体火灾检测。

对于低浓度的气体和小的空间长度,一定灵敏度的麦克风信号和气体浓度成线性关系。对此,中国科技大学火灾试验室进行了大量的研究,并利用光声和气体滤波技术相结合的CO探测方法,采用陶瓷釉膜红外辐射电热元件作为光源,在3~5μm的红外发射涵盖了CO的特征吸收波长,采用高纯的N2对初始光声信号进行标定,用以测量CO的浓度,并利用附加吸收路径实现在线式的气体测量,可以满足火灾的实时性要求。

当前的光声气体探测系统设计中光源和斩波调制部分的功率比较大,使其不能作为一个点式的火灾探测设备,但如果应用空气采样技术(吸气式)将现场空气吸到后端集成处理设备中进行分析,就有可能实现探测系统的工程化。

2、基于红外光谱法的CO探测

红外光谱法基于Lambert-Beer定律及气体对红外线的选择性吸收原理,在光谱学测量中,一般可以把问题转化为用沿光程(观测路径)上分子总数和吸收系数来解释特定分子发射或吸收的辐射随波数的变化。

当射辐射通过一定距离后,受到路径上一定密度的吸收物质的吸收而引起的强度改变,当吸收系数和气体池长度一定时,红外光通过样品气体时,吸光度与气体浓度成正比关系,这就是著名的Lambert-Beer定律。

红外光通过某些透明物质(固体、液体或气体)时,其中某些频率的光会被选择地吸收而使其强度减弱,称为物质对光的吸收现象。红外光谱仪的信号探测部分主要由发射器、探测室和接收器组成,在正常情况下,发射器发送检测气体对应特定吸收波长的脉冲红外光束,经过气体探测器照射到接收器的光敏元件上。对于特定的气体来说,它的红外光吸收系数是一定的,而仪器中的气室长度也是确定的,因此当被测气体进入到探测室时,只要测出光强前后发生的衰减就可以测出气体的浓度。用滤波器可使探测器调谐到指定的气体如CO或CO2的吸收带上。

该方法可对微量气体进行测量,装置的环境适应性强,可靠性好,响应速度快,具有高振抗能力和抗污染能力,与计算机相结合可以连续24h地测试分析气体,并且能够实现自动矫正、自动运行的功能。该方法测量精度高,而且由于具有对称结构的、无极性的双原子分子气体如N2在红外线波段内没有特征吸收峰,因此用红外吸收法来检测气体的浓度时,不会受这些气体的干扰。

综合考虑到上面的各种优点,采用红外光谱法的原理来探测火灾产物中的浓度是首选的方法。中国科技大学的火灾试验室用北京市华云分析仪器研究所研制的GXH—3010/3011型红外线气体分析仪,以CO和CO2为标识气体,对其浓度,比值和上升速率进行测定和分析,实验证明可以区别阴燃火、明火和非火源,且不引起误报。

不过为了获得比较高的探测灵敏度,它的机械加工精度要求很高,导致仪器成本上升,所以目前基于红外光谱法的CO探测方法还只用于方法研究阶段。寻找廉价的CO传感器代替红外光谱仪进行浓度分析,是未来研究火灾的极早期探测的主要方向。

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