RBT-6000-ZLG/B二氧化硫氣體探測器工作原理

在實踐中對有害氣體檢測的方法比較多 ,氣體的性質、種類、濃度、檢測的目的不同 ,所選用的檢測方法、分析方法也不同 ,我們所檢測的有害氣體 ,是工業生產中燃料燃燒過程排放的廢氣中所含的ＳＯ2體積濃度和質量濃度 ,我們選用的是電解法檢測有害氣體 ,傳感器選用的是電化學傳感器。

一、檢測原理及存在問題電化學傳感器結構,該傳感器工作原理是在電解液中放置兩個電極 (工作電極ＷＥ和對應電極ＣＥ) ,在兩個電極之間加上足夠的電壓 ,使所測氣體進行氧化還原反應 ,被測ＳＯ2 氣體經過氣體透過膜 ,在電解液中溶解 ,在電極間發生下述氧化反應工作電極 :ＳＯ2 + 2Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＳＯ4 + 2Ｈ++ 2ｅ-對應電極 :12 Ｏ2 + 2Ｈ++ 2ｅ- →Ｈ2 Ｏ反應中有電流流動 ,通過測量氣體電解時所產生的電流 ,以推知氣體含ＳＯ2 的濃度。在檢測中存在以下幾個問題。

(1)由于電流流動 ,使ＷＥ電極電位發生了變化 ,導致傳感器輸出信號不穩定 ;

(2 )恒電位儀負載特性不好 ,將導致電位不能準確控制 ;

(3)傳感器內部可等效為由若干個電容、電阻構成 ,這些等效的電容、電阻是隨機變化的 ;

(4)傳感器輸出的信號是 μＡ級微弱的電流信號 ,若處理不好 ,干擾信號極易潛入 ,也將影響系統的穩定性能及精度。以上原因必將影響控制系統的正常工作。

二、解決方法及實踐為了解決信號穩定問題 ,在傳感器上設置一個沒有電流的第三電極即參考電極ＲＥ ,ＲＥ電極的主要作用是控制ＷＥ電極的電位 ,使ＷＥ電極的電位處于某一選定值 ,通過外部電路的作用 ,使ＷＥ電極和ＲＥ電極間保持一個恒電位。即所謂的“恒電位儀電路”。最佳的負載特性可以通過實驗來確定 ,通過調節等效反應電阻和溶液電阻 ,可調節通過ＷＥ電極的電流 ,確定最大電流 ,得到最佳的負載特性。

為了解決ＳＯ2 反應時電極間的等效電阻、電容變化 ,可在Ｉ/Ｖ轉換器中加入 0 3μＦ電容 ,輸入端加入 10 0Ω電阻。為了防止在弱信號傳輸過程中 ,受外界干擾信號的擾動 ,需將這一部分電路與傳感器組成一體 ,即所謂的“變送器”?！　。樱? 在線檢測前置電路。ＲＥ是傳感器參考極 ,ＣＥ為對應極 ,ＷＥ為工作極 ,Ｒ2 、Ｒ1、Ｃ1、ＩＣ1、Ｒ3、Ｒ4 、Ｗ2 、ＬＭ 336構成恒電位儀電路 ,其中Ｒ1、Ｒ2 、Ｃ1為低通濾波 ,其參數由截止頻率ω0 決定 ,基準電壓為 5 0ｍＶ ,當反應過程中Ｗ、Ｃ兩極間電壓發生變化 ,該電路起到自動調節作用 ,ＩＣ2 主要起到Ｉ/Ｖ轉換作用 ,ＩＣ3起放大作用 ,放大倍數≤ 10倍 ,從傳感器輸出的電流信號設計為 0～ 5 0 0 μＡ電流 ,經過前置放大后得到 4 0 96ｍＶ電壓送入Ａ/Ｄ轉換器中。若不考慮傳感器內部等效電阻、電容 ,令ＷＥ端輸出電流為ｉｉ,ＩＣ3輸出電壓為Ｕ0 基準電壓為ＵＰ,傳遞函為Ｕ0 (Ｓ ) =Ｒ8+Ｗ3Ｒ7ＵＢ -Ｒ11(Ｒ8+Ｗ3) +Ｒ7(Ｒ8+Ｗ3) -Ｒ7Ｒ55Ｒ7Ｒ11· Ｒ101+ＳＣＲ10ｉ (ｓ ) ,若基準電壓為零則Ｗ (Ｓ ) =Ｒ10 [(Ｒ11+Ｒ7) (Ｒ8+Ｗ3) -Ｒ7Ｒ11]Ｒ7Ｒ11(1+ＳＣＲ10 ) 。輸入信號為一階階躍響應信號ｉ =ｉ0 (1-ｅ-ｋｔ) ,當干氣ＳＯ2 濃度發生變化時 ,傳感器輸出信號ｉ(ｓ)隨之變化 ,ｉ0為穩定時的值 ,此值在 0～ 5 0 0 μＡ間變化。Ｕ0 與輸入氣體濃度的關系式為Ｕ0 =(輸入氣體濃度 / 5 0 0 0× 10 - 6 )× 4 0 96ｍＶ。 5 0 0 0× 10 - 6 為氣體傳感器所能測到的假定滿量程的濃度 ,4 0 96ｍＶ為運放的滿量程輸出。實測數據如表 1:表 1輸入標氣的濃度Ｖ顯示10 0 0× 10 -60 81910 0 52 0 0 0× 10 -61 6 382 0 0 430 0 0× 10 -62 4 5 930 0 94 0 0 0× 10 -63 2 794 0 125 0 0 0× 10 -64 10 0 5 0 2 0　　相對誤差 :ｒＡ1=ΔＸ1Ａ1× 10 0 % =0 5 %ｒＡ2 =ΔＸ2Ａ2× 10 0 % =0 2 %ｒＡ3=ΔＸ3Ａ3× 10 0 % =0 3%ｒＡ4 =ΔＸ4 Ａ4× 10 0 % =0 3%ｒＡ5=ΔＸ5Ａ5× 10 0 % =0 4 5 %　　式中Δｘ為實際顯示值和輸入標氣濃度值之差 ;Ａ為輸入標氣濃度值 ,平均相對誤差為 0 34%。誤差在允許范圍內。仿真實驗如下 :從圖 3中可見 ,此系統是穩定的。

三、系統設計及軟件實現我們所設計的系統為“電解法煙道氣二氧化硫在線檢測系統” ,該檢測系統由如下幾個方面構成。首先在煙道中抽出濕煙氣 ,經除塵、除水后 ,調到一定流量進入傳感器中 ,由ＯＰ— 0 7運放構成的Ｉ/Ｖ轉換器和前置放大器將電化學傳感器輸出的微弱信號放大并送入轉換精度較高的ＭＡＸ186 12位Ａ/Ｄ轉換器中 ,89Ｃ5 4單片機起主控制作用和對傳感器進行標定作用 ,控制實現向外層計算機輸送數據、顯示、光電隔離后控制電磁閥等功能 ,外層計算機記錄、保存和換算檢測數椐 ,并將檢測到的數據打印 ,通過網絡傳輸到環保有關部門。部分軟件流程圖見圖 4。四、結束語以上是我們對利用電解法檢測二氧化硫有害氣體的分析及實踐 ,實踐證明此設計是可行的利用電解法檢測二氧化硫有害氣體

RBT-6000-ZLG/B二氧化硫氣體探測器工作原理