差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，包括第一固定柱和第二固定柱，第一固定柱上安裝有第一懸臂梁，第一懸臂梁上設(shè)置有沿第一懸臂梁長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第一電極板，第二固定柱上安裝有第二懸臂梁，第二懸臂梁上設(shè)置有沿第二懸臂梁長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第二電極板，多個(gè)所述第一電極板和多個(gè)所述第二電極板相互交錯(cuò)布設(shè)，相鄰的第一電極板和第二電極板構(gòu)成電容；第一懸臂梁包括變形層、設(shè)置在變形層上的加熱層和設(shè)置在加熱層上且用于與甲烷氣體發(fā)生無(wú)焰燃燒的催化劑層。該甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠?qū)⒓淄闈舛绒D(zhuǎn)換為差動(dòng)電容大小改變量，為間接測(cè)量甲烷濃度提供了基礎(chǔ)，且靈敏度高，體積小，檢測(cè)結(jié)果不受環(huán)境影響。
【專利說(shuō)明】差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)煤礦安全生產(chǎn)最嚴(yán)重的災(zāi)害之一就是由瓦斯爆炸引起的人員和生產(chǎn)事故。瓦斯的主要成分是甲烷(CH4)，目前井下主要采用監(jiān)測(cè)甲烷氣體濃度的方法作為瓦斯含量的主要參考指標(biāo)。按照煤礦安全工作要求，對(duì)礦井瓦斯含量必須進(jìn)行連續(xù)準(zhǔn)確及時(shí)地監(jiān)測(cè)，它也成為指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)的重要指標(biāo)和保證措施之一。檢測(cè)瓦斯含量的方法很多，如熱導(dǎo)法、光干涉法、紅外光譜吸收法、超聲波測(cè)量法、氣敏半導(dǎo)體法以及瓦斯催化劑元件法等，但都存在檢測(cè)儀器體積大，精度低，連續(xù)工作時(shí)間短，檢測(cè)結(jié)果易受環(huán)境影響。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)。該甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠?qū)⒓淄闈舛绒D(zhuǎn)換為差動(dòng)電容大小改變量，為間接測(cè)量甲烷濃度提供了基礎(chǔ)，且其靈敏度高，體積小，檢測(cè)結(jié)果不受環(huán)境影響。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括第一固定柱和第二固定柱，所述第一固定柱上安裝有第一懸臂梁，所述第一懸臂梁上設(shè)置有沿第一懸臂梁長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第一電極板，所述第二固定柱上安裝有第二懸臂梁，所述第二懸臂梁上設(shè)置有沿第二懸臂梁長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第二電極板，多個(gè)所述第一電極板和多個(gè)所述第二電極板相互交錯(cuò)布設(shè)，相鄰的第一電極板和第二電極板構(gòu)成電容；所述第一懸臂梁包括變形層、設(shè)置在變形層上的加熱層和設(shè)置在加熱層上且用于與甲烷氣體發(fā)生無(wú)焰燃燒的催化劑層。
[0005]上述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加熱層由電阻絲制成，所述加熱層與變形層之間設(shè)置有絕緣層。
[0006]上述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括基板，所述第一固定柱和第二固定柱均設(shè)置在所述基板上。
[0007]上述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述變形層和第二懸臂梁均由招制成。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理。
[0010]2、本實(shí)用新型具有體積小，生產(chǎn)成本低，響應(yīng)時(shí)間快，反映靈敏，標(biāo)校周期長(zhǎng)，穩(wěn)定性高，維護(hù)費(fèi)用低，功耗小，不受電磁干擾等的優(yōu)點(diǎn)；能有效解決現(xiàn)有甲烷檢測(cè)傳感器存在響應(yīng)速度慢，選擇性差，測(cè)量精度低、受硫化氫氣體的干擾大，高濃度甲烷易造成中毒而無(wú)法恢復(fù)，使用壽命短，標(biāo)定周期短的缺陷。
[0011]3、本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)成本低，使用效果好，便于推廣使用。[0012]綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0013]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型第一懸臂梁的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型第一電極板位于相鄰兩個(gè)第二電極板的中間位置的位置關(guān)系示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0018]I一基板；2—第一懸臂梁；2_1—變形層；
[0019]2-2—絕緣層；2_3—加熱層；2_4—催化劑層；
[0020]3一第一固定柱；4一第一電極板；5—第二懸臂梁；
[0021]6—第二固定柱；7—第二電極板。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1和圖2所示的一種差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，包括第一固定柱3和第二固定柱6，所述第一固定柱3上安裝有第一懸臂梁2，所述第一懸臂梁2上設(shè)置有沿第一懸臂梁2長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第一電極板4，所述第二固定柱6上安裝有第二懸臂梁5，所述第二懸臂梁5上設(shè)置有沿第二懸臂梁5長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第二電極板7，多個(gè)所述第一電極板4和多個(gè)所述第二電極板7相互交錯(cuò)布設(shè),相鄰的第一電極板4和第二電極板7構(gòu)成電容；所述第一懸臂梁2包括變形層2-1、設(shè)置在變形層2-1上的加熱層2-3和設(shè)置在加熱層2-3上且用于與甲烷氣體發(fā)生無(wú)焰燃燒的催化劑層2-4。其中，所述催化劑層2-4由氧化鈀或其合成物制成。
[0023]如圖2所示，所述加熱層2-3由電阻絲制成，所述加熱層2-3與變形層2_1之間設(shè)置有絕緣層2-2。
[0024]如圖1所示，該甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)包括基板1，所述第一固定柱3和第二固定柱6均設(shè)置在所述基板I上。本實(shí)施例中，所述基板I采用硅制成。所述變形層2-1由鋁制成，所述第二懸臂梁5由鋁制成。
[0025]使用時(shí)，將該傳感結(jié)構(gòu)置于待傳感區(qū)域，將其加熱到500°C左右，當(dāng)甲烷氣體與第一懸臂梁2接觸時(shí)，如果甲烷濃度不為零，將在催化劑層2-4表面發(fā)生無(wú)焰燃燒，放出熱量使變形層2-1溫度急劇升高，變形層2-1發(fā)生變形伸長(zhǎng)，帶動(dòng)第一電極板4移動(dòng)，第二懸臂梁5溫度不變，長(zhǎng)度不會(huì)變化，通過(guò)差動(dòng)電容輸出大小變化可間接測(cè)量甲烷濃度的大小。該甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，功耗小，可組成檢測(cè)矩陣，有效避免了催化劑老化中毒，工作周期短的缺點(diǎn)。
[0026]本實(shí)施例中，通過(guò)差動(dòng)電容輸出大小變化可間接測(cè)量甲烷濃度的大小的具體方法如下:
[0027]鋁的線熱膨脹系數(shù)為a = 24X10_6m/C°，假設(shè)金屬梁長(zhǎng)度為L(zhǎng)，經(jīng)試驗(yàn)每1%濃度的甲烷氣體無(wú)焰燃燒能使金屬梁溫度升高15°C，即每I %濃度甲烷氣體無(wú)焰燃燒使第一懸臂梁2伸長(zhǎng)AL:
[0028]AL = α *ΔΤ (I)
[0029]假設(shè)甲烷氣體濃度為Μ，那么公式(I)就為:
[0030]AL = α*15Μ (2)
[0031 ] 如圖3所示，當(dāng)?shù)谝浑姌O板4處于初始位置，即第一電極板4位于相鄰兩個(gè)第二電極板7的中間位置時(shí)，則:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括第一固定柱(3)和第二固定柱(6)，所述第一固定柱(3)上安裝有第一懸臂梁(2)，所述第一懸臂梁(2)上設(shè)置有沿第一懸臂梁(2)長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第一電極板(4)，所述第二固定柱(6)上安裝有第二懸臂梁(5)，所述第二懸臂梁(5)上設(shè)置有沿第二懸臂梁(5)長(zhǎng)度方向間隔布設(shè)的多個(gè)第二電極板(7),多個(gè)所述第一電極板(4)和多個(gè)所述第二電極板(7)相互交錯(cuò)布設(shè),相鄰的第一電極板(4)和第二電極板(7)構(gòu)成電容；所述第一懸臂梁(2)包括變形層(2-1)、設(shè)置在變形層(2-1)上的加熱層(2-3)和設(shè)置在加熱層(2-3)上且用于與甲烷氣體發(fā)生無(wú)焰燃燒的催化劑層(2-4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述加熱層(2-3)由電阻絲制成，所述加熱層(2-3)與變形層(2-1)之間設(shè)置有絕緣層(2-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括基板(1)，所述第一固定柱(3)和第二固定柱(6)均設(shè)置在所述基板(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)電容式甲烷濃度傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述變形層(2-1)和第二懸臂梁(5)均由鋁制成。
【文檔編號(hào)】G01N27/22GK203786076SQ201420203826
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】張渤 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)