专利名称：甲烷浓度检测方法及检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用载体催化元件检测可燃气体浓度的技术，具体是一种甲烷浓度检测方法及检测装置。
背景技术：
现有的采用催化元件检测甲烷浓度的方法及装置，其检测原理是将涂有催化剂(如氧化钯黑)的催化元件作为检测元件，对催化元件和一个未涂催化剂的参比元件通以检测电流，随着甲烷浓度的上升，由于催化剂的作用，使催化元件的温度和电阻按照一定的规律上升，通过检测电路对比催化元件和参比元件的温度差来获得浓度信号。这种方法及装置在使用中，若催化元件温度过高将会使催化剂的氧化反应加剧，从而导致催化元件的损坏。为防止这种情况的发生，传统的办法是当甲烷浓度超过一定值时，切断催化元件的电源，以防止催化元件的进一步升温，经过一定延时后(一般为30s～90s)，再重新供电，如果甲烷浓度在正常检测范围，则继续检测工作，如果甲烷浓度超过规定值，则再次断电保护，如此反复。上述方法及装置能够检测的甲烷浓度范围较小，一般在4％以下。此外，当实际检测过程上，一旦甲烷的浓度大于6％，即使此时切断电源，催化反应还会维持“自燃”，这种“自燃”的能量来源于氧气与甲烷的反应，单纯的切断电源已无法扑灭这种“自燃”，因而在高浓度甲烷环境下，危险能量的触发也将最终导致催化元件的损坏。正是由于上述原因，使用传统方法的检测装置在使用过程中催化元件的使用寿命很低，损坏率极高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够增大甲烷浓度的检测范围、避免检测元件在较高浓度下损坏、延长检测元件使用寿命的甲烷浓度检测方法及检测装置。
本发明的检测方法如下a.设置两个参数相同的检测元件，其中一个表面涂有催化剂，作为催化元件，另一个不涂催化剂，作为参比元件；b.将两个检测原件接入恒流回路中，用一个比较器对两个检测元件输出端的电压进行比较，并将比较结果输出到一个信号处理装置(如单片机)中，检测前将两个检测原件的输出端电压初始值调定平衡；c.如果催化元件因甲烷浓度升高而引起催化元件温度升高到一个设定值(该设定值低于催化反应“自燃”的临界温度)时，将引起催化元件电阻的升高和元件输出端电压的变化，这时由比较器将不平衡的信号输出到信号处理装置中，再由信号处理装置输出一个能够使催化元件供电在特定时长t内(如2ms)断开的控制信号(称之为开槽信号)，在经过该特定时长后，催化元件恢复供电，如此循环重复上述过程；d.由信号处理装置对输出开槽信号的频率进行测定，根据该频率的数值计算出检测环境中的甲烷浓度。
本发明的检测装置中，包括有依次串接在恒流电源正负极之间的一个涂有催化剂的催化元件和一个未涂催化剂的参比元件，还有一个电位器RW连接在电源正负极之间，催化元件的输出端B连接到一个比较器的正极输入端，电位器的调节端E连接在比较器的负极输入端，比较器的输出端连接到一个CPU电路的信号输入端C，CPU电路有一个脉冲信号输出端F，该脉冲信号输出端F连接到一个电子开关BG的控制端，该电子开关BG产并联在催化元件的两端。
本发明的工作原理是首先用催化元件与参比元件搭建一个平衡的检测桥路；当催化元件因甲烷浓度的升高而升温时，由于电阻的变化而使桥路失衡；当温度达到设定值时，由信号处理装置输出具有一定时长t的开槽信号，使催化元件瞬时断电，从而其温度回落，迫使检测桥路回到平衡状态；开槽信号停止后，催化元件恢复供电，温度再次升高，直至信号处理装置再次输出开槽信号，如此反复循环。
检测环境中的甲烷浓度越高，催化反应越强烈，温升速度越快，则输出开槽信号的频率越高。经实验验证，在甲烷浓度为10％以下时，被测空气中的甲烷浓度与开槽信号的输出频率为正比关系，因而利用本发明的方法可使甲烷浓度的检测范围扩大至10％。此外，由于催化元件的温度在检测过程中仅在极小的范围内作锯齿形波动，宏观上是工作在“自燃”临界温度以下的近似恒温的状态下，因而高浓度的甲烷不会损伤催化元件，大大延长了催化元件的使用寿命。
图1是基于本发明方法的检测装置实施例的电路原理图；图2是本发明实施例中催化元件的电压波形图；图3是本发明实施例中比较器输出的触发脉冲波形图；图4是传统检测方法及检测装置中催化元件温度与甲烷浓度的关系曲线图；图5是本发明实施例中催化元件温度与甲烷浓度的关系曲线图。
具体实施例方式
本发明的实施例采用基于图1原理的电路，电路中的催化元件1和参比元件2与传统检测方法中的检测元件相同，现有产品中的这两个检测元件一般为一个一体化的产品，其电阻随温度升高而增大，催化元件表面涂有催化剂氧化钯黑，检测回路为150mA的恒流电源电路，信号处理装置采用一个CPU电路，与催化元件并联的电子开关BG为一个NMOS晶体管或NPN晶体管，控制电子开关的开槽信号为t＝2ms的脉冲信号。
本发明的装置在一定浓度的甲烷气体中工作时，其比较器输出的触发脉冲波形如图3所示。催化元件上的电压则如图2所示，与传统检测方法中催化元件上的直流电不同，该电压为间断的直流脉冲电压。
图4和图5则分别显示了传统检测方法及装置与本发明方法及装置中催化元件温度与甲烷浓度的关系曲线。由图中可看出，传统的检测方法及装置在工作过程中，在一定的甲烷浓度范围内催化元件的温度不断升高；而要本发明的方法及装置在工作过程中，催化元件的温度在宏观上为恒温。
权利要求
1.一种甲烷浓度检测方法，其特征是该方法中a.设置两个参数相同的检测元件，其中一个表面涂有催化剂，作为催化元件，另一个不涂催化剂，作为参比元件；b.将两个检测原件接入恒流回路中，用一个比较器对两个检测元件输出端的电压进行比较，并将比较结果输出到一个信号处理装置中，检测前将两个检测原件的输出端电压初始值调定平衡；c.如果催化元件因甲烷浓度升高而引起催化元件温度升高到一个设定值时，将引起催化元件电阻的升高和元件输出端电压的变化，这时由比较器将不平衡的信号输出到信号处理装置中，再由信号处理装置输出一个能够使催化元件的供电在特定时长t内断开的控制信号(称之为开槽信号)，在经过该特定时长后，催化元件恢复供电，如此循环重复上述过程；d.由信号处理装置对输出开槽信号的频率进行测定，根据该频率的数值计算出检测环境中的甲烷浓度。
2.一种甲烷浓度检测装置，其特征是它包括有依次串接在恒流电源正负极之间的一个涂有催化剂的催化元件(1)和一个未涂催化剂的参比元件(2)，还有一个电位器RW连接在电源正负极之间，催化元件的输出端B连接到一个比较器的正极输入端，电位器的调节端E连接在比较器的负极输入端，比较器的输出端连接到一个CPU电路的信号输入端C，CPU电路有一个脉冲信号输出端F，该脉冲信号输出端F连接到一个电子开关BG的控制端，该电子开关BG产并联在催化元件的两端。
全文摘要
本发明涉及采用载体催化元件检测可燃气体浓度的技术，具体是一种甲烷浓度检测方法及检测装置。本发明的检测方法是将一个催化元件和一个参比元件接入恒流回路中，用比较器对其输出端的电压进行比较，将比较结果输出到一个信号处理装置中，检测前将两个检测原件的输出端电压初始值调定平衡；当甲烷浓度升高时，比较器将不平衡的信号输出到信号处理装置中，再由信号处理装置输出一个开槽信号，由信号处理装置对输出开槽信号的频率进行测定，根据该频率的数值计算出检测环境中的甲烷浓度。本发明能够增大甲烷浓度的检测范围、避免检测元件在较高浓度下损坏、延长检测元件使用寿命。
文档编号G01N27/14GK1547001SQ20031010647
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月1日 优先权日2003年12月1日
发明者贾柏青 申请人:贾柏青