工业物联网用微型气体传感器的相关性能研究

发布时间：2022-12-18 00:29

　　石油、天然气等都是工业中不可或缺的能源,但这些能源被使用的同时也伴随着大量的有毒气体的产生。每年因气体泄漏导致人员伤亡的事故数不胜数,虽然目前已有多种监测系统用于气体泄漏检测中,但工业环境复杂,现有的监测系统仍存在一定的问题。通过调研国内外气体检测及传感器的研究现状,结合实际工业环境,利用障碍物模型及恒温控制方法对工业物联网中的气体传感器检测的性能做了如下相关研究:（1）分析了气体流速波动对基于加热器的气体传感器响应的影响,提出障碍物在降气体流速、提高传感器响应性能方面的作用。分别仿真了不同尺寸及不同形状障碍物的传感器在存在气体流速环境中的响应。结果表明在传感器上添加障碍物能减小气体流速波动对传感器电压响应的误差,增大障碍物直径能增加传感器电压响应误差减小的幅度。相比无障碍物时的16.45%的传感器响应误差,0.5mm直径障碍物的传感器的电压响应误差仅为11.37%。且相比响应误差为11.76%的0.4mm直径圆柱障碍物传感器,响应误差为10.19%的0.4mm边长的棱柱障碍物传感器有着更好的检测精度。其次,通过实验验证了添加障碍物确实能减小传感器响应误差,且无需额外的能耗。0.5mm... 

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 气体泄漏检测技术概述
    1.3 气体传感器的概述
        1.3.1 半导体气体传感器
        1.3.2 催化燃烧式气体传感器
        1.3.3 固体电解质气体传感器
        1.3.4 导热型气体传感器
        1.3.5 电化学气体传感器
        1.3.6 光学类气体传感器
    1.4 气体传感器的国内外研究现状
        1.4.1 传感器的结构优化
        1.4.2 传感器的敏感材料优化
        1.4.3 传感器的电路优化
    1.5 本文主要研究内容及工作安排
第2章 气体扩散理论及气体流动仿真研究
    2.1 本章引言
    2.2 气体扩散理论
        2.2.1 气体泄漏模型
        2.2.2 影响气体扩散的因素
            2.2.2.1 气体的黏性与黏度
            2.2.2.2 气体的可压缩性
            2.2.2.3 层流与湍流
    2.3 气固传热理论分析
        2.3.1 热传导与热对流
            2.3.1.1 热传导
            2.3.1.2 热对流
        2.3.2 牛顿冷却定律与热传递系数
    2.4 计算流体力学在气体扩散领域的应用
        2.4.1 计算流体力学概述
            2.4.1.1 流动基本方程
            2.4.1.2 有限元分析
        2.4.2 气体扩散对传感器性能影响仿真分析
            2.4.2.1 模型建立
            2.4.2.2 网格划分
            2.4.2.3 边界条件的设定及结果分析
    2.5 本章小结
第3章 障碍物模型在气体传感器中的应用研究
    3.1 本章引言
    3.2 障碍物在气体传感器中的应用
        3.2.1 气体绕障碍物流动的仿真分析
        3.2.2 障碍物在气体传感器中降气体流速的作用分析
    3.3 障碍物尺寸对气体流速波动环境中气体传感器检测的影响分析
    3.4 障碍物形状对气体流速波动环境中气体传感器检测的影响分析
    3.5 本章小节
第4章 传感器响应与气体流速波动的关系的实验研究
    4.1 本章引言
    4.2 障碍物模型对于改善传感器响应误差的实验研究
        4.2.1 气体实验准备工作
            4.2.1.1 气体实验平台
            4.2.1.2 数据采集器
            4.2.1.3 测试电路
        4.2.2 气体测试实验及结果分析
            4.2.2.1 环境温度对气体传感器的影响
            4.2.2.2 二氧化碳气体的响应测试
            4.2.2.3 氮气气体的响应测试
    4.3 恒温控制下的气体传感器响应与气体流速的关系研究
        4.3.1 气体实验平台
            4.3.1.1 MG811气体传感器
            4.3.1.2 传感器供电及检测电路
            4.3.1.3 气体测试室
        4.3.2 气体测试实验及结果分析
    4.4 本章小结
第5章 微加热器表面温度分布均匀性研究
    5.1 本章引言
    5.2 气体流速波动对U型微加热器表面温度分布的影响
    5.3 U型微加热器结构改进
    5.4 蛇形加热器温度分布均匀性的仿真
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要工作总结
    6.2 不足与展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的催化燃烧气体传感器[J]. 马丽,宋宏斌,王磊,杨梅.  现代信息科技. 2018(10)
[2]2000-2017年我国化工设备事故统计分析与对策[J]. 孙世梅,于欣洋,于敏,张智超,傅贵.  四川化工. 2018(04)
[3]应用标准电极电势求标准平衡常数的几个注意点[J]. 童艳花,杨金田,徐敏虹,潘国祥,唐培松,王坤燕.  化工高等教育. 2014(04)
[4]泄漏气体扩散模型的研究与应用[J]. 张园园,张巨伟,尚思思,肖博舰,刘俊亨.  当代化工. 2013(04)
[5]几种固体电解质型气体传感器的研究进展[J]. 王峥,蒋丹宇,冯涛,夏金峰.  现代技术陶瓷. 2011(03)
[6]半导体气体传感器敏感机理的研究进展[J]. 徐甲强,韩建军,孙雨安,谢冰.  传感器与微系统. 2006(11)

硕士论文
[1]地下管廊燃气泄漏扩散及控制方法研究[D]. 韦守朋.中国矿业大学 2019



本文编号：3720960