基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究
刘昌祎1
张晶园2
黄向东1
张妮1
李菁波1
刘杰1
1.西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 7100542.西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学机械工程博士后流动站,陕西西安 710054
摘要：在CH4浓度较低时,目前煤矿井下CH4的检测方法存在灵敏度较低、反应较慢等问题.现有微纳电离式气体传感器研究主要针对高浓度气体的检测,且使用的仿真模型为一维简化放电模型,忽略了N2、CH4分子与电离产生离子的横向漂移与扩散,对低浓度CH4气体的准确检测还有待进一步验证.针对上述问题,在现有研究的基础上考虑了离子的横向漂移与扩散,并加入了等离子体模块,采用流体-化学动力学混合方法建立了常温常压下CH4-N2混合气体在微纳场域下的二维放电模型,分析了在常温常压下CH4-N2混合气体的安全放电电压、气敏性以及放电电流密度与CH4浓度之间的变化关系.分析结果表明:电离式传感器的安全放电电压为200V,且信噪比较高;在CH4-N2混合气体中,CH4对N2的电离过程起抑制作用;电离式传感器的输出电流密度随CH4体积分数的增加(0.25％～1.5％)而线性递减,体现了电离式传感器对低浓度杂质气体的敏感特性,利用CH4浓度与电流密度之间单调递减的线性关系,可以实现对低浓度CH4的检测.
关键词：煤矿瓦斯浓度检测电离式气体传感器低浓度CH4CH4-N2混合气体敏感特性报警阈值
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51777167)国家自然科学基金(51604217)国家自然科学基金(11974275)中国博士后科学基金(2018M643811XB)国家自然科学基金(19JK0529)
论文发表日期：2021-03-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 34-40 )
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