專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波H₂傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量煤氣、合成氣等氣體中吐含量的超聲波H2傳感器。
背景技術(shù)：
H2的含量是煤、生物質(zhì)等含碳燃料氣化、熱解的重要產(chǎn)物，也是氣體合成中需要嚴(yán) 格監(jiān)測(cè)的一種工業(yè)氣體，因此準(zhǔn)確、快速測(cè)量混合氣體中的吐含量對(duì)于工業(yè)過(guò)程十分重要。 通常對(duì)吐的測(cè)量原理包括氣相色譜GC法、質(zhì)譜MS法，采用以上方法不僅儀器價(jià)格昂貴，使 用也十分不方便。在工業(yè)領(lǐng)域，熱導(dǎo)原理H2傳感器得到廣泛應(yīng)用，主要是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是 該方法是一種質(zhì)量型的傳感器，需要對(duì)氣體進(jìn)行穩(wěn)壓、穩(wěn)流處理，在現(xiàn)場(chǎng)需要經(jīng)常調(diào)節(jié)和標(biāo) 定。專(zhuān)利《熱導(dǎo)式氣體檢測(cè)器》(專(zhuān)利號(hào)ZL200620098453. 3)通過(guò)采用MEMS技術(shù)的熱 導(dǎo)傳感器(TCD)，設(shè)計(jì)了旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，降低了氣體流量對(duì)傳感器的影響，可以 準(zhǔn)確地測(cè)量吐等氣體的含量。但是該技術(shù)由于使用MEMS技術(shù)的傳感器芯片容易受氣體中 焦油的污染，其引線也容易受到H2S的腐蝕，從而引起傳感器故障。此外該傳感器在原理上 也容易受到煤氣、合成氣中CH4、CO2含量的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和缺陷，提供一種測(cè)量精度 高、使用壽命長(zhǎng)的超聲波H2傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為超聲波H2傳感器，由二個(gè)超聲波傳感器、氣室、傳感器測(cè)控單元、供電電源接口、 溫度傳感器組成，其特征在于二個(gè)超聲波傳感器分別安裝在氣室的兩端，氣室的兩端分別 設(shè)有進(jìn)氣口及出氣口，溫度傳感器安裝在氣室的中部的溫度傳感器安裝孔內(nèi)，傳感器測(cè)控 單元分別與供電電源接口、二個(gè)超聲波傳感器、溫度傳感器通過(guò)接插件相連，且在傳感器測(cè) 控單元設(shè)有輸入接口和輸出接口，傳感器測(cè)控單元為一嵌入式的單片機(jī)。如圖2 第一超聲波傳感器與第二超聲波傳感器間的距離為L(zhǎng)，被測(cè)氣體從進(jìn)氣口 進(jìn)入，從出氣口排出，第一超聲波傳感器發(fā)射一個(gè)波形到第二超聲波傳感器返回的正向時(shí) 間為tF，第二超聲波傳感器發(fā)射一個(gè)波形到第一超聲波傳感器返回的反向時(shí)間為tB，傳感 器測(cè)控單元根據(jù)溫度傳感器將氣室的氣體溫度恒溫控制(這是成熟的通知技術(shù))，通常設(shè) 置溫度T為53°C，設(shè)超聲波在混合氣體中的傳播速度為V。根據(jù)聲速計(jì)算公式V = J^式中Y——混合氣體比熱容之比，R——摩爾氣體常數(shù)，T——混合氣體的開(kāi)氏溫 度，μ——混合氣體分子量
τ, 2Ζ又「= 7^^，式中、——正向時(shí)間，tB—反向時(shí)間，[0011] 所以分子量μ =
t 、2
-~Atp +tBf (2Lf F B 由于吐的分子量相比煤氣、合成氣中的其他氣體相差很大，因此直接根據(jù)被測(cè)氣 體的分子量u就可以得到H2的含量。由于傳感器采用恒溫控制，所以T為常數(shù)，氣室3的 長(zhǎng)度L固定為常數(shù)，假設(shè)混合氣體比熱容之比γ不變，則H2的含量可以通過(guò)傳感器測(cè)控單 元7直接根據(jù)測(cè)量得到的tF，tB得到。
例如，氣室長(zhǎng)度為130mm，采用40KHZ超聲波傳感器，T為53°C，測(cè)量結(jié)果如下
權(quán)利要求1.超聲波H2傳感器，由二個(gè)超聲波傳感器、氣室、傳感器測(cè)控單元、供電電源接口、溫 度傳感器組成，其特征在于二個(gè)超聲波傳感器分別安裝在氣室的兩端，氣室的兩端分別設(shè) 有進(jìn)氣口及出氣口，溫度傳感器安裝在氣室的中部的溫度傳感器安裝孔內(nèi)，傳感器測(cè)控單 元分別與供電電源接口、二個(gè)超聲波傳感器、溫度傳感器相連，且在傳感器測(cè)控單元設(shè)有輸 入接口和輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波H2傳感器，其特征在于所述的傳感器測(cè)控單元為一 嵌入式的單片機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及超聲波H2傳感器，由二個(gè)超聲波傳感器、氣室、傳感器測(cè)控單元、供電電源接口、溫度傳感器組成，其特征在于二個(gè)超聲波傳感器分別安裝在氣室的兩端，氣室的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口及出氣口，溫度傳感器安裝在氣室的中部的溫度傳感器安裝孔內(nèi)，傳感器測(cè)控單元分別與供電電源接口、二個(gè)超聲波傳感器、溫度傳感器相連，且在傳感器測(cè)控單元設(shè)有輸入接口和輸出接口。本實(shí)用新型通過(guò)采用超聲波探測(cè)技術(shù)后，徹底消除了流量對(duì)H2傳感器的影響，在溫度恒定條件下，H2傳感器準(zhǔn)確度高，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01N29/024GK201917557SQ20102062201
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者何濤, 劉志強(qiáng), 熊友輝, 石平靜 申請(qǐng)人:武漢四方光電科技有限公司