當(dāng)今全球正迎來以低碳化、無碳化為特征的新一輪能源轉(zhuǎn)型,天然氣作為一種重要的清潔能源,正成為推動全球能源轉(zhuǎn)型的重要力量。天然氣主要成分為甲烷,甲烷作為一種可燃性氣體,當(dāng)含量超過5%時(shí)可與空氣形成爆炸性混合物,因此在天然氣開采、運(yùn)輸和發(fā)電過程中對甲烷氣體濃度進(jìn)行檢測至關(guān)重要。本文基于目前國內(nèi)對氣體濃度傳感器的研究基礎(chǔ),利用非分光紅外光譜差分吸收檢測技術(shù),提出設(shè)計(jì)一種高精度、低成本以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸功能的CH₄氣體濃度檢測器,具體研究如下:1.在光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,利用LightTools光學(xué)軟件完成對直射式吸收氣室及船型反射式吸收氣室光線追跡圖、照度光柵分布圖及散射體表圖的仿真分析,選定合理的氣室結(jié)構(gòu)來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.在硬件電路設(shè)計(jì)中,利用微處理器對紅外光源進(jìn)行調(diào)制使得探測器接收到不斷變化的光信號,信號調(diào)理模塊將探測器輸出的微小電信號從噪聲中提取出來進(jìn)行濾波放大,調(diào)整至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠采集到的輸入電壓范圍,微處理器將依據(jù)擬合出的函數(shù)關(guān)系對離散的電壓信號進(jìn)行濃度計(jì)算,并通過遠(yuǎn)程通信模塊將氣體濃度數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。3.由于檢測環(huán)境溫度的改變很大程度上會使檢測數(shù)據(jù)大幅度... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CH4在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用(a)應(yīng)用于燃?xì)獍l(fā)電(b)應(yīng)用于廚房燃料

第一章 緒論對市面上主流的 CH4氣體濃度檢測技術(shù)進(jìn)行分析。催化燃燒式氣體檢測技術(shù)是當(dāng)前被廣泛使用于檢測可燃?xì)怏w技術(shù)的一種，其不論于有機(jī)還是無機(jī)可燃性氣體均有良好的反應(yīng)。如圖 1.2 所示，該種檢測技術(shù)利用的化燃燒的熱效應(yīng)原理，在一定溫度條件下通過催化空氣中的氧氣和甲烷發(fā)生無焰，使得探測器表面受熱，其內(nèi)部電阻值也隨之升高，從而造成傳感器內(nèi)部的探測器衡器形成的平衡電橋失衡，通過惠斯通電橋可定量測量出阻值的變化得出當(dāng)前甲烷的濃度[5]。催化燃燒式氣體檢測技術(shù)適應(yīng)范圍極廣，且用該技術(shù)制作的傳感器成本低端天氣下耐受度強(qiáng)，但因其是燃燒探頭來檢測待測氣體濃度的，所以短時(shí)間內(nèi)需頻準(zhǔn)，且當(dāng)接觸到燃燒產(chǎn)生的硫化物及鹵素化合物易導(dǎo)致元件中毒，使得元件壽命較短以在特定場合不可用其檢測 CH4氣體濃度。

圖 1.3 氫火焰離子化檢測技術(shù)原理圖導(dǎo)體式氣敏檢測技術(shù)是市面上最常見的氣體檢測技術(shù)之一，被廣泛用于檢是否有可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象。該技術(shù)與催化燃燒式氣體檢測技術(shù)類似，如導(dǎo)體氣敏檢測技術(shù)主要是依據(jù)金屬氧化物半導(dǎo)體材料表面的氧化還原反應(yīng)件發(fā)生變化進(jìn)行工作的，半導(dǎo)體器件加熱到穩(wěn)定狀態(tài)后，CH4氣體被吸附，被吸附的氣體分子一部分蒸發(fā)掉了，另一部分留在半導(dǎo)體表面奪走其表半導(dǎo)體表面電導(dǎo)率發(fā)生變化，由此可計(jì)算出 CH4氣體的濃度[7]。與催化燃樣，半導(dǎo)體傳感器也易受到污染及中毒，并且其穩(wěn)定性和一致性較差，不量準(zhǔn)確度要求高的場所。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3061713