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! ##$ 年第 # 期! ! ! ! ! ! ! ! ! 煤! 炭! 工! 程! ! ! ! ! ! ! ! ! 新产品 ! 气敏传感器的原理及在预防煤矿 瓦斯爆炸中的作用 冯柏群 ,刘东红 ,黄颖辉 ( + 平顶山工业职业技术学院,河南平顶山! $,## ;+ 平顶山质量工程技术学院,河南平顶山! $,### ) ! ! 摘! 要:文章从瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的原理引入,分析了气敏传感器在预防煤矿瓦斯 爆炸中的重要作用,设计了应用气敏传感器预防煤矿瓦斯爆炸的应用电路,并分析了该电路的工 作原理,确定了组成电路各元器件的选用方法、功能特点及其性能指标。 ! ! 关键词:瓦斯爆炸;气敏传感器;半导体;敏感元件 ! ! 中图分类号:-. ! ! 文献标识码:/! ! 文章编号: $, % # * (##$ ) #0## 0# 化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和 ! 引 言 浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半 近年来在煤矿生产过程中由于瓦斯浓度超限而引起的 导体表面而被吸附时,被吸附的分子首先在表面自由扩散, 重大事故时有发生,而每次事故都会有人员伤亡,给国民 失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留分子 经济带来巨大损失,给伤亡人员的家庭带来沉重的灾难, 产生热分解而固定在吸附处时,如果半导体的功函数大于 所以,瓦斯的防治迫在眉睫。 吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而形成 有资料显示,我国目前煤矿事故中1#2 以上为瓦斯爆 正离子吸附。如4 、56、碳氢化合物等,被称为还原型气 炸事故,而专家介绍,煤矿瓦斯爆炸必须具备三个条件: 体。当还原型气体吸附到 7 型半导体上时,载流子增多, 火源、瓦斯含量在*2 3 $2 之间、氧气。矿井瓦斯爆炸是 使半导体电阻值下降。利用这种半导体气敏传感器和相应 一种链锁反应,当爆炸混合物吸收一定能量后,反应分子 的电路即可构成矿井瓦斯超限报警电路,见图 。 的链即行断裂,离解成两个或两个以上的游离基。这类游 离基有很大的化学活性,成为反应连续进行的活化中心。 在适合的条件下,每一个游离基又可以进一步分解,再产 生两个或两个以上的游离基。这样循环不己,游离基越来 越多,化学反应速度也越来越快,最后就可以发展为燃烧 或爆炸式的氧化反应。瓦斯爆炸产生的高温高压,促使爆 炸附近的气体以极大的速度向外冲击,造成人员伤亡,破 坏巷道和器材设施,扬起大量煤尘并使之参与爆炸,产生 更大的破坏力,另外,爆炸后生成大量有害气体,也会造 图# 矿井瓦斯超限报警电路 成人员中毒死亡。 $ 电路组成及原理分析 # 气敏传感器的可靠性及保护原理 本电路有几个模块组成,89 % 7* 为旁热式气敏传感 把半导体气敏传感器合理地应用到矿井生产中去,就 器,89 % 7* 、! 和!. 组成瓦斯气体检测电路;晶闸管:; 能很好地预防瓦斯爆炸这类可怕的灾难。半导体气敏传感 为无触点电子开关; 5 , 、! 和扬声器组成警笛报警电路。 器对于低浓度气体具有很高的灵敏度,具有嗅觉功能,能 当环境无瓦斯或瓦斯浓度低时,89 % 7* 的 % / 极间 自动检测瓦斯浓度。一旦瓦斯超限,气敏传感器即可自动 电阻! / 很大,则晶闸管:; 因触发电极电位很低而不能导 报警,然后采取先抽后采的原则,即可防止瓦斯爆炸事故 通,当瓦斯浓度升高时,则! / 减小,瓦斯浓度升高到超过 的发生。
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