一氧化碳传感器

5.2一氧化碳传感器一氧化碳（CO）是一种无色、无臭、无味的气体，对空气比重为0.97，在空气中含量为13%-75%时遇火爆炸。一氧化碳是有毒气体，吸入人体后，造成人体组织和细胞缺氧，引起中毒窒息。煤矿火灾、瓦斯和煤尘爆炸及爆破作业时都将产生大量的一氧化碳。《煤矿安全规程》规定，井下作业场所的一氧化碳浓度应在0.0024%以下。由于煤在自燃氧化过程中不断释放出一氧化碳，故将其作为自然发火预报标志性气体，用一氧化碳绝对发生量作为火灾预报指标。煤矿常用的一氧化碳检测仪器有电化学式、红外线吸收式、催化氧化式等。国内外煤矿广泛使用的是电化学一氧化碳检测仪器。5.2.1电化学一氧化碳传感器CO的氧化还原电位是0.9～1.1V氧化还原过程必然会产生离子电流，因此，只要测出离子电流的大小，即可测算出CO的浓度值。1.KG3002型CO传感器CO电化学传感器是一个装有三只电极的电化学池基本结构WCR2.CO传感器电化学工作原理当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极W表面上时，在工作电极W的催化作用下，一氧化碳气体在工作电极W上发生氧化反应，其反应方程式为：在工作电极W上发生氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极C上，与水中的氧发生还原反应同时，在对电极C处，产生还原反应，其反应方程式为：222CO2HO2CO4H4e22O4H4e2HO工作电极W氧化放出电子e，对电极C还原获得电子e在W—C之间形成电子流动，即发生了电流。电流的大小与CO浓度成正比只要测出氧化还原过程中电化学池内离子电流的大小，就可测算出CO浓度的高低。因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：2CO+2O2→2CO2参比电极（恒电位极）的作用：在两个电极上发生的氧化-还原反应会使电极极化，使极间电位难以维持恒定，限制了对CO浓度可检测的范围。为了维持极间电位的恒定，加入了一个参比电极。2）响应时间：≤60S，60S以后读数稳定；3）零点稳定性：零点漂移误差≤|1PPm|4）信号误差：|5PPm|3.传感器主要性能指标（以KG3002型为例）1）精度：CO含量0～100ppm范围内测量值呈线性；(1ppm即百万分之一，在大多数科技期刊中，已经不使用ppm，而改用“‰”，换算：1ppm=0.001‰。即)610-5）高浓度测试误差：0～500PPm之最大误差为|4～7PPm|（一般规定允许值是±25PPm）；6）抗干扰性能：CH4、CO2、基本不参与显示；NO2、H2、SO2、C2H4、H2S参与显示，因此，要设置过滤剂以便加以吸收掉。加过滤装置可更加提高仪器检测的安全性。1．5100DG型一氧化碳传感器的组成由电化学电解槽检测到的与一氧化碳成正比的电信号，经放大输出0～lV的直流电压信号，同时设有输出保护电路、灵敏度调节电路、零点调节电路等。5.2.2电化学式5100DG型一氧化碳传感器2．5100DG型一氧化碳传感器的电路原理1）电源稳压电路三端稳压器IC4的3端输出6V直流稳定电压电阻Z1和Z2将6V分压后提供3V直流电压给IC2的3端，经l：l放大隔离后，在1端作为信号地(基准电平)，以满足运算放大器对共模信号电压的要求。3V3V2）信号放大电路一氧化碳传感器敏感元件产生的电信号由B、R端输入，以差动输入的方式经IC1放大后由14端输出，即将敏感元件产生的电信号转换成了0～lV(相对于基准电平)。出输输入3V出输3）灵敏度调节指示电路D4为红色发光二极管，作为灵敏度调节指示。信号输出电压接至两个IC3的反相输入端9和13上，两个IC3的同相输入端10和12接至两个不同的标准电位上。当输出信号电压超过12端上建立的标准电压时，D4正向导通，红色发光。信号电压继续升高超过10端建立的标准电压后，D4两端电压为零，发光二极管熄灭。指示点由W3调整。D4输入3V出输4）零点调节指示电路D5为绿色发光二极管，作为零点调节指示。信号输出电压接至两个IC3的反相输入端2和6上，IC3的同相输入端3和5端接至两个不可调的标准电压(3V左右)。当信号输出电压接近3V时，D5亮；当信号输出电压稍高于(或低于)3V时，D5灭。D5D4保护输入3V出输D5D45）输出保护电路IC2的12端是lV的标准电压，正常工作时，IC2的14端为高电位，继电器KA吸合，信号输出端3有信号输出。当输出信号电压超过1V时，IC2的14端为低电位，继电器释放，信号输出端3无信号输出，保护了输出电路保护输入红外线又称红外光、红外辐射。红外光和电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。气体吸收红外光的能力各不相同，常规气体分子吸收红外光的波长范围见表。1.红外线性质5.2.3红外吸收式一氧化碳传感器气体名称吸收波长（µm）CO2CH4COSO2NO24.353.394.667.356.202.红外线吸收式CO传感器原理红外线吸收式CO传感器充满没有CO（或有固定浓度CO）气体的空气