超声波H₂传感器的制作方法

专利名称：超声波H₂传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量煤气、合成气等气体中吐含量的超声波H2传感器。
背景技术：
H2的含量是煤、生物质等含碳燃料气化、热解的重要产物，也是气体合成中需要严 格监测的一种工业气体，因此准确、快速测量混合气体中的吐含量对于工业过程十分重要。 通常对吐的测量原理包括气相色谱GC法、质谱MS法，采用以上方法不仅仪器价格昂贵，使 用也十分不方便。在工业领域，热导原理H2传感器得到广泛应用，主要是结构简单，但是 该方法是一种质量型的传感器，需要对气体进行稳压、稳流处理，在现场需要经常调节和标 定。专利《热导式气体检测器》(专利号ZL200620098453. 3)通过采用MEMS技术的热 导传感器(TCD)，设计了旁流扩散式的热导检测池，降低了气体流量对传感器的影响，可以 准确地测量吐等气体的含量。但是该技术由于使用MEMS技术的传感器芯片容易受气体中 焦油的污染，其引线也容易受到H2S的腐蚀，从而引起传感器故障。此外该传感器在原理上 也容易受到煤气、合成气中CH4、CO2含量的影响。
发明内容本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题和缺陷，提供一种测量精度 高、使用寿命长的超声波H2传感器。本实用新型的技术方案为超声波H2传感器，由二个超声波传感器、气室、传感器测控单元、供电电源接口、 温度传感器组成，其特征在于二个超声波传感器分别安装在气室的两端，气室的两端分别 设有进气口及出气口，温度传感器安装在气室的中部的温度传感器安装孔内，传感器测控 单元分别与供电电源接口、二个超声波传感器、温度传感器通过接插件相连，且在传感器测 控单元设有输入接口和输出接口，传感器测控单元为一嵌入式的单片机。如图2 第一超声波传感器与第二超声波传感器间的距离为L，被测气体从进气口 进入，从出气口排出，第一超声波传感器发射一个波形到第二超声波传感器返回的正向时 间为tF，第二超声波传感器发射一个波形到第一超声波传感器返回的反向时间为tB，传感 器测控单元根据温度传感器将气室的气体温度恒温控制(这是成熟的通知技术)，通常设 置温度T为53°C，设超声波在混合气体中的传播速度为V。根据声速计算公式V = J^式中Y——混合气体比热容之比，R——摩尔气体常数，T——混合气体的开氏温 度，μ——混合气体分子量
τ, 2Ζ又「= 7^^，式中、——正向时间，tB—反向时间，[0011] 所以分子量μ =
t 、2
-~Atp +tBf (2Lf F B 由于吐的分子量相比煤气、合成气中的其他气体相差很大，因此直接根据被测气 体的分子量u就可以得到H2的含量。由于传感器采用恒温控制，所以T为常数，气室3的 长度L固定为常数，假设混合气体比热容之比γ不变，则H2的含量可以通过传感器测控单 元7直接根据测量得到的tF，tB得到。
例如，气室长度为130mm，采用40KHZ超声波传感器，T为53°C，测量结果如下
权利要求1.超声波H2传感器，由二个超声波传感器、气室、传感器测控单元、供电电源接口、温 度传感器组成，其特征在于二个超声波传感器分别安装在气室的两端，气室的两端分别设 有进气口及出气口，温度传感器安装在气室的中部的温度传感器安装孔内，传感器测控单 元分别与供电电源接口、二个超声波传感器、温度传感器相连，且在传感器测控单元设有输 入接口和输出接口。
2.根据权利要求1所述的超声波H2传感器，其特征在于所述的传感器测控单元为一 嵌入式的单片机。
专利摘要本实用新型涉及超声波H2传感器，由二个超声波传感器、气室、传感器测控单元、供电电源接口、温度传感器组成，其特征在于二个超声波传感器分别安装在气室的两端，气室的两端分别设有进气口及出气口，温度传感器安装在气室的中部的温度传感器安装孔内，传感器测控单元分别与供电电源接口、二个超声波传感器、温度传感器相连，且在传感器测控单元设有输入接口和输出接口。本实用新型通过采用超声波探测技术后，彻底消除了流量对H2传感器的影响，在温度恒定条件下，H2传感器准确度高，使用寿命长。
文档编号G01N29/024GK201917557SQ20102062201
公开日2011年8月3日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者何涛, 刘志强, 熊友辉, 石平静 申请人:武汉四方光电科技有限公司