煤油蒸汽浓度测量方法的研究-论文.pdf

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1、交流园地Jiaoliuyuand煤油蒸汽浓度测量方法的研究胡志刚，杜博(1．大庆市城管委，黑龙江大庆163300；2．哈尔滨电工仪表研究所，黑龙江哈尔滨150028)摘要：为了能够稳定和精准的测量煤油蒸汽浓度，通过对传统的气体浓度检测的方法及其各自应用的优缺点的研究，本设计提出了采用基于热导原理的蒸汽浓度检测的新方法。基于热导原理的煤油蒸汽浓度测量主要是根据不同浓度气体的热导率不同来设计的，通过研究热导元件热传导系数与环境温度和气体浓度的关系，建立了热导传感器输出信号与浓度的关系的数学模型，并对测量结果进行误差分析与优化处理。按此方法进行实测，结果表明该方法满足对

2、煤油蒸汽浓度检测的高精度要求。关键词：煤油蒸汽；热导原理；热传导系数；浓度检测中图分类号：TH813文献标识码：A文章编号：1674一O432(2014)一11—92—2煤油是生产和生活中常用的液态燃料，煤油不仅易燃，如图所示，在热导式气体传感器的内部有两个测量元件vm而且在一定条件下当一定浓度的煤油蒸汽与空气混合后会和v：一个参比室和一个测量室，两个元件的内部分别张紧发生爆炸。研究煤油蒸汽发生爆炸浓度条件和控制煤油蒸汽着细铂丝，在参比室内密封着参比(基准)气体，而测量室可浓度在安全范围内可避免危险事故发生。以进入待测的煤油蒸汽。热导式气体传感器是能感知环境中某种

3、气体及其浓度的一种装置或器件。它能将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号，由于其具有检测范围大，最高检测浓度可达100％，工作稳定性好，使用寿命长，不存在触媒老化的问题，具有较高的稳定性和可靠性等特性，这些优良特性是许多气体传感器所不具备的。所以本文采用热导式气体传感器对煤油蒸汽浓度进行检测。同时针对测量结果存在着灵敏度低、检测误差大、温度漂移大等缺点，提出温度补偿算法，针对测量出的浓度结果进行相关数据处理来校对误差从而得到准确的煤油蒸汽浓度值。1热导气体传感器热传导原理设传感器的工作电流为I，电阻为r，传感器的热量仅由图1热导传感器测量电桥图2煤油蒸汽测量电路

4、图工作电流加热功率转换而来，即由传热学理论可知，热传递Fig．1MeasurementbridgeofFig．2Measuringcircuitdia~am有三种基本方式：热传导(导热)、热辐射和热对流。在传感器thermalconductivitysensorofkerosenevapor的制作工艺上，为了减少电阻丝的轴向热传导，所用的电阻丝的长度与直径之比一般为2000～3000以上，传感器轴向传两个铂丝与外部定值电阻组合，形成一个惠斯顿电桥回导热的影响可以忽略，因此传感器热量的损耗可用下式表路，恒定的电流分别流过各个铂丝，使之发热，在不存在可燃示：Q一Q一+

5、Q。m气体的时候，这个回路是平衡的，因此产生“零”数值，即为零点，一旦测量室中的待测组分中发生浓度变化，则测量室中式中，Q眦．是由传导损耗的热量。的热导率会随之变动，从而使测量室铂丝的温度发生变化。Q。1=Ao's(T．T0)将这种温度变化以电阻值变化的形式提取出来，在恒流供电RRR其中：为气体的导热系数；T为传感器的温度K；Tn为中，电阻的变化则转_1化为电压的变化。检测出电压信号的变周围环境的温度K；S为传感器的表面积。化就可计算出被煤油蒸汽的浓度。Q也是由热辐射损耗的热量，可由斯蒂芬一玻尔兹曼2．2测量结果与蒸汽浓度之间的数学模型关系的建立修正公式给出：Q一

6、AO"S(T‘_To‘J根据电路和热导元件与气体浓度的热体传导关系我们可其中：A为辐射系数；盯为斯蒂芬一玻尔兹曼常数，其值以建立以下的数学模型：为5．66867X10W／(m2·K3。当满足热平衡条件时，有：I=(1_c)△(i)=Q。m=Q。ml+Q叫即：12r=aS(W-T口)+Aus(T4．T0)I=HAT2(2)2煤油蒸汽浓度测量原理1=(1+aT+aA／~)(3)2．1热导气体传感器测量原理热导式气体传感器检测技术主要是以热敏感元件为基足2=R(I+aT+aAT2)(4)础的热传导式气体浓度检测方式，热敏感类半导体材料依据不同可燃性气体的导热系数与空气的

7、差异来实现测定气体的浓度，通常利用电路将导热系数的差异转化为电阻的变式(1)、式(2)、式(3)、式(4)中：I为通过热导元件的电化。流，为热导传感器的敏感元件电阻，为热导传感器的参考元件电阻，AT1敏感元件与环境温度差，△T2参考元的平均值滤波，同时采用窄过渡带大阻带衰减比阶数很高的低通件与环境温度差，C为煤油蒸汽的浓度，H为空气热损失系滤波器设计消除以工频干扰为主的低频干扰和多种高频干扰。数。3．2．2信号线性化处理为实现气体浓度的精确测量，根据传感器△：—0-c)ar,(1+aT)(5)—供应商也提供了信号线性化处理的指数关系的数学模型对信号线眭化处理以满足

8、气体浓度的