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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 张晶园 黄向东 张妮 李菁波 刘杰

刘昌祎,张晶园,黄向东,等.基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究[J].工矿自动化,2021,47(3):34-40..  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067
引用本文: 刘昌祎,张晶园,黄向东,等.基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究[J].工矿自动化,2021,47(3):34-40..  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067
LIU Changyi, ZHANG Jingyuan, HUANG Xiangdong, et al. Research on gas sensitive mechanism of low concentration methane threshold based on micro-nano ionization sensor[J]. Industry and Mine Automation, 2021, 47(3): 34-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067
Citation: LIU Changyi, ZHANG Jingyuan, HUANG Xiangdong, et al. Research on gas sensitive mechanism of low concentration methane threshold based on micro-nano ionization sensor[J]. Industry and Mine Automation, 2021, 47(3): 34-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067

基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51777167,51604217,11974275)

中国博士后科学基金项目(2018M643811XB)

陕西省教育厅自然科学基金项目(19JK0529)

详细信息
  • 中图分类号: TD712

Research on gas sensitive mechanism of low concentration methane threshold based on micro-nano ionization sensor

  • 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200 V,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。

     

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出版历程
  • 刊出日期:  2021-03-20

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