[发明专利]易燃易爆有毒及其它气体的测试方法

说明书

本发明涉及气体的测试方法。

煤矿的瓦斯(CH₄)爆炸，人们日常生活中煤气，液化气的泄漏，一氧化碳(CO)的中毒等，都造成了众多的人员伤亡。对这些有害气体进行监控和检测，已是迫在眉捷的事。已有的检测主要是：半导体气体传感器技术，电化学气体传感器技术，以及气相色谱技术。后两种技术由于价格高，使用不方便，而没能被广泛推广使用，而半导体传感器技术，则由于半导体气体传感器体积小，灵敏度高，价格便宜，方便携带而得到人们的重视。到目前为止，已有大量商品化的半导体气体传感器在市场上销售，但由于其选择性差，加之受环境温度、湿度、气氛影响大，使其稳定性差，时漂严重，有时不仅无法定量测试，甚至经常引起误报。例如，氢气传感器对氢气最为敏感，但是又或多或少的对其它气体敏感造成交叉干扰，导致误测或误报。总之，已有半导体气体传感器存在的缺点严重影响其进一步发展应用。为了提高半导体气体传感器的选择性，人们主要通过改变配方、掺杂、表面酸性等方法，如选用铁酸镧(LaFeO₃)作为酒敏元件^[1]，选用二氧化钛(TiO₂)作为氧敏元件^[2]，Eu₂O₃-SnO₂作为丙酮气敏元件^[3]，表面修饰提高半导体气敏元件的选择性^[4]。对于提高元件的稳定性，主要通过改变粒径，添加剂，优化设计等方法。

上述方法虽对半导体气体传感器的选择性和稳定性都有不同程度的提高，但都没能同时解决两个问题，也没能从根本上解决问题，为此，气体传感器的使用仍很局限。

本发明的目的在于提供一种有效克服半导体气体传感器选择性差，稳定性差，能准确检测出易燃、易爆等有害气体的方法。

半导体气体传感器之所以选择性差，稳定性差，究其原因主要是测试原理和传统测试方法不当造成的。已有的气敏材料在固定温度(250℃～300℃)依据表面的吸附反应对还原性气体敏感，主要是表面进行氧化--还原反应，从而引起电导改变来判断待测气体的成份和浓度。在常规情况下，气体是混合的，在固定测试温度下都有可能在半导体气敏材料表面进行氧化还原反应，这是不能正确判断真正要测气体的成份和浓度的主要原因，加之环境可能改变测试温度，表面状态，这些都会引起气敏元件的不稳定，经时漂移。

本发明方法是根据不同气体具有不同反应活化能的原理，对不同的气敏材料，按一定的时间程序升温、降温、在温度的变化过程中，气体传感器在不同的气体中会出现一个特征峰曲线，也就是当气敏材料固定，温度变化固定，测试条件一定，这个特征峰曲线是固定的，但当气体浓度改变，峰的强度也会随之改变，本发明根据特征峰曲线的变化，利用单片机对其进行智能处理，能准确无误地在混合气体中判断出待测气体的成份和浓度，用同类标准气体浓度进行标定，再与待测气体进行对照，则得出待测气体浓度。

本发明的测试方法根据不同气体对半导体气敏材料的组成、结构、元件的加热温度、升温时间、降温时间，测试电路的取样电阻不同，这就可以对常见的还原性气体组成特征峰。本发明选用SnO₂、ZnO、ZnSnO₃、α-Fe₂O₃等作气敏材料，元件的结构采用薄膜型、厚膜型、烧结型，元件的加热温度80℃～550℃，升温时间0.5--70秒，降温时间1-120秒，测试电路见附图1。

本发明对气体的测试准确可靠，选择性和稳定性都显著提高，已接近或达到气相色谱仪的水平，而且输出的信号是电信号，利于自动化处理。

本发明的优点：

1.能在混合气体中检出待测气体；

2.长期稳定性好，在空气中没有漂移；

3.抗环境干扰能力强；

4.测试方法简单，易于操作，设备价格低，便于普及推广使用；

5.同样适用于常见气体的测试。

实施例：

1.对甲烷(CH₄)气体的测试，气敏材料采用掺1％wtPd的SnO₂，结构为厚膜型气敏元件(即敏感探头)的加热温度为280℃，升温时间3秒，保温时间7秒，降温时间20秒，总共40秒钟为一个测试周期，电路如附图1所示，即出现如图2所示的峰形。根据图2中的峰形，可以判断有无甲烷的存在，根据峰的高低，可判断甲烷含量的多少。