低功耗催化燃气检测元件

　　接触催化燃烧式燃气检测元件(以下简称元件)因其灵敏度高，尤其是稳定性好、线性好、寿命长的特点，得到广泛应用，是煤碳部认证的测井下瓦斯的唯一气敏元件。已用于城市煤气和石油化工方面，得到了很好的收益。但若用于便携式仪表(电池供电)或防爆设计需要，元件的工作电流(或电压)还是很大的，所以国内外许多部门在降低元件功耗方面，做了大量研究工作。据文献报道，60年代元件功耗为0.8W;70年代为0. 6W ; 80年代为0. 33W.

　　目前，我国煤矿井下普遍使用的引进英国生产线生产的元件，其工作电压是2V，电流是180mA，功率是0. 36W。我厂参考有关技术，研制了MQ--C型元件，工作电压是2V，电流是120mA，功耗是0. 24W，其技术指标均符合中华人民共和国煤碳部MT-87技术条件的要求，较好地解决了元件“电老虎”的问题。

　　一、元件的结构与工作原理

　　1结构

　　该元件是由铂丝绕制的螺旋线圈，线圈上涂复多孔质载体材料，再浸渍催化剂而组成，其结构见图1所示。

　　2.工作原理

　　元件的工作电路是惠斯通电桥，见图2.

　　R_c与R_b分别为电桥的两个臂，与另两个电阻器组成桥路，当施加一定的工作电压(或电流)时，调整W，使电桥平衡。输出(毫伏数)为零(在清洁空气中)，当Rc接触到燃气时(如甲烷、氢、一氧化碳、丁烷及辛烷等)在元件表面产生催化氧化反应。以甲烷为例，反应方程式是:

　　热量Q，使元件温度增高△t，导致电阻增大R，而外偿元件Rh与燃气不反应，于是两个桥臂产生电阻差，电桥平衡被破坏，产生了电信号输出，在一定的燃气浓度(爆炸下限以下)范围内，电信号输出值正比于燃气浓度，其表达式为:

式中R₀—初始热阻

　　a一一铂丝温度系数

　　△t—铂丝温度增量

　　补偿元件R_b可以使元件的工作环境包括温度、湿度、气压、风速以及电压波动与R_c同步变化，使桥路零点稳定(所谓零漂)，进行补偿。

　　在燃气环境中，测量输出为毫伏数，这就间接地测量了燃气的浓度，实现了气一电的线性转换。

　　二、降低元件功耗的技术分析与工艺途径

　　催化元件，实质是一对热敏电阻，其气敏 活性(灵敏度)是检测元件热效应的结果。

　　一般燃气的燃烧温度是600℃左右。如甲烷537℃;一氧化碳605 oC;氢560℃。丁烷555℃;辛烷约2600C.催化元件的催化氧化反应，由于催化剂的作用在320-340O℃就可进行，所以元件的功耗实质是元件具备活性的热耗，而元件自身催化温度，是由元件铂丝 螺旋线圈通电后提供的。