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1、第5节 CO传感器,CO检测的意义 CO检测的方法、原理 典型矿用传感器,一、CO浓度检测的意义,随着经济的发展，人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视，液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便，也改善了城市的环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，其中一氧化碳是最主要的危险源。 一氧化碳是一种无色无味的气体，由于它与人体内的血红蛋白有高度的亲和力，所以当它被吸入人体后，会争夺体内血液中的氧形成一氧化碳血红蛋白，使动脉壁缺氧、水肿，阻碍血流通畅，使人发生疲倦、气短、恶心和头晕眼花等不良症状，体内吸入过多一氧化碳时甚至会导致人因缺氧而死亡。另据科技日报报道，经医学验证，当空气中一氧化碳浓
2、度达到35ppm时，就会对儿童智商造成损害。,同时，一氧化碳也是一种易燃易爆的危险气体，是煤矿井下是否发生自燃火灾的重要标志之一。其在空气中的阀限值（指在空气中允许存在的最低浓度为5010-6，爆炸极限为12.5%74%。 因此，不论是在煤矿井下监控系统中增设CO传感器还是对室内及时准确地进行CO浓度监测和报警，都成为保障群众生命安全和国家财产安全的一项必不可少的工作。,一、CO浓度检测的意义,检测方法 电化学法、红外吸收法、气相色谱分析、检知管法、电气法等许多种。,二、CO的检测方法,电化学式传感器按工作原理，一般分为4种类型 电化学气体传感器原理 （1）电化学气体传感器：据电化学原理制成的
3、检测气体的装置 （2）电化学是研究电解质溶液与电极相界间的电化学反应过程，即化学能和电能之间相互转换的科学。 （3）电化学理论指出，在电极和它接触的电解质溶液之间存在着氧化还原反应，并有电子的得失。并且各种物质在电解质溶液中的氧化还原反应均在一定的电极电位下进行。 （4）某物质的标准电极电位是指该物质在规定的浓度、温度条件下的电极电位，当电极电位高于该标准电极电位时产生氧化反应，反之，则产生还原反应。 如：CO2/CO氧化还原电对的标准电极电位为-0.12V; O2,H+/H2O氧化还原电对的标准电极电位为+1.23V,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO,（1）气体扩散电极（透气膜电极）
4、防水透气膜:PTFE(聚四氟乙烯，Poly tetra fluoro ethylene) （特富龙 ） 活性层：铂黑PTFE乳液 含有催化剂的多孔膜电极，易于被测气体与电解液在气、固、液三相界面上进行氧化还原反应。,工作电极W 对面电极C 参比电极R,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO 定电位CO传感器的构造及原理,（2）透气膜 非均相微孔膜，透气但不透水和离子。 空隙率大则灵敏度高，响应时间短，但易漏液 （3）电解液：硫酸或硫酸水溶液,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO 定电位CO传感器的构造,被测量CO，通过PTFE薄膜扩散到工作电极W，电极W受到恒电位的控制作用，具有一个恒定的电
5、位，CO在W电极上在催化剂的作用下与电解液中的水发生氧化反应，生成CO2和H+，同时释放出电子；,在对电极C上,氧在催化剂作用下与氢质子发生还原反应生成水，并得到电子。,W极：,C极：,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO 定电位CO传感器的原理,式中：D-膜扩散系数； F-法拉第常数，它等于一摩尔电子所带电量的绝对值。即 F=6.022x10231.0622x10-19C/mol96485C/mol； A-扩散面积； L-膜厚度； n电子转移数,参比电极：使W和R间保持恒定电位。 W和C间的反应电流为i(给定电极上发生化学变化的物质的量与通过的电量成正比 ),二、CO的检测方法,电化学原理
6、测定CO 定电位CO传感器的原理,1-电源 2-恒位环节 3-传感器 4-放大器 5-温度补偿 6-指示电表,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO 定电位CO传感器的原理,产品介绍,法国TX2000型CO检测仪,测 量： 连续测量范围：0-500/0-2000两种可供选择 传 感 器： 电化学式 显 示： 3位半液晶显示，带背景灯 报 警： 5种声光报警/2个瞬时报警点/超量程报警 供电电源： 3节LR01 1.5V干电池 工作时间： 1000小时,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO,CT1000X型CO检测报警仪,测量范围：02000ppm误差：10%真值报警范围：0300ppm连续可
7、调响应时间：60秒传感器寿命： 3年（进口电化学）报警出厂设定：241 ppm,产品介绍,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO,产品介绍,二、CO的检测方法,电化学原理测定CO,典型范例1KGA5型一氧化碳传感器,KGA5型一氧化碳传感器采用日本生产的利用电化学定电位电解检测气体原理，用于连续固定检测煤矿井下空气中的CO含量，为本质安全型产品。该传感器是一种智能型检测仪表，所有调校功能均可通过遥控器来实现,具有精度高、稳定可靠、使用方便等特点。传感器能单独使用或与各种煤矿安全监测监系统配套使用。,型号意义：,KG A 5 - X,“1”输出为频率信号200100HZ “2”输出为电流信号15
8、mA “3”输出RS232信号1200b/s,典型范例1KGA5型一氧化碳传感器,测量范围： 01000ppm（也可根据用户要求定做） 测量误差：,主要技术指标：,典型范例1KGA5型一氧化碳传感器,响应时间：小于30s 遥控范围：距离不小于5 m ；角度不小于120度 报警点：测量范围内可任意设置 报警方式：红色灯光闪烁，蜂鸣器鸣叫（报警响度1米内不小于85dB）。 输出信号： KGA5-1型： 2001000Hz频率(负载电阻1.5k时，输出高电平3V，输出低电平0.5V) KGA5-2型： 15mA恒流, 负载电阻0500 KGA5-3型： RS485接口，通讯波特率 1200 bit/
9、s,主要技术指标：,典型范例1KGA5型一氧化碳传感器,工作电压：DC 918V 工作电流：DC 18V 不大于100mA 防爆型式：矿用本质安全型，标志为“Exib” 标定流量：200毫升/分 外形尺寸：(lbh)mm：28015068 重量：1kg,主要技术指标：,典型范例1KGA5型一氧化碳传感器,典型范例2GT500(B)一氧化碳传感器,能连续监测和就地显示一氧化碳浓度值，并在超限时发出声光报警，能在具有瓦斯、煤尘爆炸危险等恶劣的环境中对煤的自然发火、运输胶带等各种内、外因火灾实现就地监测和遥测。可与KJ90、KJ92、KJ4等煤矿安全监控系统配套使用，亦可与其它能接收传感器输出信号的
10、监控系统配用。,工作电压：1218V DC 工作电流：100mA DC 检测范围：0500PPm CO 检测误差：F.S范围内5%(相对误差) 显示方式：三位红色数码显示(分辨率：1PPm CO) 输出信号：2001000Hz、1.05.0mA DC 防爆型式：Exib矿用本安型 外形尺寸：(19011457)mm,主要技术指标：,典型范例3GTH1000型矿用一氧化碳传感器,测量范围：010010-6CO, 0100010-6CO 基本误差：02010-6CO时，210-6 CO；2010010-6CO时，410-6 CO；100100010-6CO时，5% 输出信号：电流：15m A.DC
11、 频率：515Hz; 5155Hz;2001000Hz; 电源：1224V DC 显示方式：四位数码管显示 报警方式：声光报警 防爆标志：Exibl,工作原理：一氧化碳气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。,当某物质受到红外光束照射时，该物质的分子就要
12、吸收一部分光能量并将其转换为分子的震动和转换能量，也就是 两个以上不同原子结合成的气体分子，具有一种永久性的偶极矩（正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩rq。它是一个矢量，方向规定为从负电荷中心指向正电荷中心 ），可以直接通过电磁光谱形成振动和旋转，并产生量子能量即在振动和旋转光谱的谱线范围内，产生光谱的吸收。,二、CO的检测方法,红外线吸收式CO检测仪 基本原理,多原子气体分子对特定波长的红外线有吸收能力，其吸收波长取决于构成分子的原子种类、原子核质量、结合强弱等。CO的典型吸收波长是4.66m，吸收程度服从朗伯比尔辐射衰减定律：,I0 入射红外线强度; I透射红外
13、线强度; K吸收系数; C气体浓度; L气室长度,可见，入射光强度和气室长度一定时，在一定气体浓度范围内，透射光强度与气体浓度成反比。,二、CO的检测方法,红外线吸收式CO检测仪 基本原理,分光型：将入射光分成各种波长的单色光，然后取用所需波长的单色光。随着激光技术的发展，出现了激光红外气体分析仪。 不分光型：用气体滤波器或滤光片来选择所需波长的单色光 不分光型双光路分析器,二、CO的检测方法,红外线吸收式CO检测仪 检测仪的结构,（1）检测器（电容微音器）：两侧接收室内封高浓度co气体，检测红外能量变化，致使膜片振动而导致电容量呈周期性变化，输出电信号。 （2）气体滤波室：消除干扰气体的影响
14、。 （3）切光片：低频调制红外光线，提高分辨率。 （4）工作气室： （5）参比气室：,二、CO的检测方法,红外线吸收式CO检测仪 检测仪的结构,红外线吸收式CO传感器测量精度高、稳定性和选择性好，但是结构复杂、体积大、成本高。,二、CO的检测方法,红外线吸收式CO检测仪 检测仪的结构,二、CO的检测方法,检知管法测定CO 基本原理 CO气体缓慢而稳定的流过检知管时，与管中试剂发生化学反应，呈现一定的颜色(比色式)或变色长度(比长式)，通过对比测知CO浓度。,比长式检知管的构造,1检测管外壳（中性玻璃管） 2堵塞物（棉栓、玻璃丝布、耐酸涤纶等） 3保护胶（硅胶吸附试剂以除去干扰气体） 4隔离层（
15、有色玻璃粉等惰性有色颗粒物质） 5指示剂（活性硅胶吸附化学试剂）,二、CO的检测方法,检知管法测定CO,1档位；2采样器；3检测管；4指示剂,二、CO的检测方法,比长式检知管的构造,检知管法测定CO,检测剂：以活性硅胶为载体，吸附五氧化二碘和发烟硫酸加工而成。 检测剂与CO反应后由白色变成棕黄色圈，随着气流通过棕色环向前移动，其移动距离与CO浓度大小成正比。 反应方程式：,二、CO的检测方法,比长式检知管的检测原理,检知管法测定CO,1)采样与送气 a)送气采样法 b)抽气采样法 要求：采样准确；流速均匀；时间规定 2)读数 变色环界线有凹面、虚影、倾斜等情况时，取其中间值 3)低浓度气体的测
16、定 增加送气次数后的测定值检定管读数 / 送气次数 4)高浓度气体的测定 a)稀释法 b)缩小送气量和送气时间法,比长式检知管的使用,二、CO的检测方法,检知管法测定CO,影响因素,A)检知超过保存期或变色后不能使用 B)使用温度 1040 C)50ml气体要在90S(国产)内等速吸入 D)CO浓度低于5PPM时, 可反复吸气测量 E)含有烟雾及重烷气体的气样对检知管指示值有影响,二、CO的检测方法,检知管法测定CO,三、催化性可燃CO传感器简介,催化性可燃气体传感器检测元件是由经金属氧化物的催化处理的铂丝螺线圈制成。可燃性气体分子在金属线圈表面燃烧，引起温度升高，使铂丝电阻值改变。CO的浓度越高，燃烧产生的热量越大，铂丝的阻值就越高，从而使原来的平衡电桥不平衡。铂丝线圈电阻改变的大小和气体的浓度成比例，相应得到一个与气体浓度成比例的电信号。,催化型可燃气体传感器主要有如下优点,在爆炸下限范围内，有很好的线性输出，易对流量、环境温度进行补偿，响应时间短，测量精度高； 输出的电信号与CO浓度成正比，灵敏度高，受温度和湿度影响小
