基于聚合物-碳黑敏感膜的气体微传感器阵列研究

研究了一种使用聚合物-碳黑混合物作为敏感膜的新型化学气体传感器。通过将4种不同的聚合物敏感材料聚-4-乙烯基苯酚、聚环氧乙烷、聚已内酯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与一定配比的碳黑混合物分别淀积在梳状微电极上,就可以获得这4种聚合物-碳黑化学电阻型气体微传感器阵列。用这4种传感器对4种气体体积分数为5×10-4的有机类气体(丙酮、乙醇、甲醇和甲苯)进行了测试,比较了传感器的电阻变化率。微传感器的响应值,即电阻的变化率最大接近1.9%;最小的优于0.01%。梳状微电极的形状适合低体积分数的探测。通过对4种传感器响应的主成分分析,可以完全分辨被检测的4种有机类气体。     

二氧化锡薄膜气敏传感器对常见室内污染气体的 电阻2温度特性及机理分析

采用无机试剂(SnCl2·2H2O)为原料,用溶胶-凝胶提拉法制备了二氧化锡薄膜及相应的气敏传感器,并研究了二氧化锡薄膜气敏传感器在常见室内污染气体气氛中的电阻-温度变化关系.结果发现不同气氛下电阻-温度特性各不相同,由此可以获得被测气体的相关信息.本文还用分子轨道计算软件对四种室内污染气体的分子轨道进行了计算,并根据分子轨道能级的相对位置定性解释了二氧化锡薄膜气敏传感器在不同气氛中的电阻-温度曲线.通过对甲醛、苯、甲苯、二甲苯四种气体电阻-温度曲线的测试可以确定被测气体的种类.     

柔性高灵敏单壁碳纳米管气体传感器研究

在柔性聚对二甲苯C基底上制作了基于单壁碳纳米管的小型化、高灵敏、反应快速的气体传感器。使用介质电泳集成碳管束,并利用单链脱氧核糖核酸修饰增强器件灵敏度。当传感器暴露在甲醇蒸气中时,会出现明显可重复的反应,它可以检测含量低至4.3×10-6的甲醇,并且在相当宽的体积分数范围有清晰的分辨能力。对于4.3×10-6的含量,未修饰的传感器对应电阻变化率是4.8%;经过脱氧核糖核酸修饰,电阻变化率增加到了12.3%。此外,该传感器还显示了很快的响应速度和很好的测试复验性。研究表明:这种柔性气体传感器在未来环境监测应用中有很好的前景。     

用于挥发性有机气体测定的化学阻抗传感器

该文以碳粉掺杂的聚合物为敏感膜,以叉指电极为基底制作了测定挥发性有机气体的化学阻抗传感器.当敏感膜吸附有机气体时,敏感膜膨胀,导致膜中导电性的碳粉粒子距离增加,电阻也增加.同时.有机气体的吸附还引起敏感膜的介电常数改变,从而导致电阻、电容改变.通过传感器电阻电容的变化可以实现有机气体的定量测定.考察了敏感膜厚度、敏感膜中碳粉含量、及测定频率对传感器电阻电容响应的影响.该文还探讨了电阻和电容响应的机理.     

高于室温环境的热式气体微流量传感器性能分析

为了探索平板微热管的传热特性,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,开展了热式气体微流量传感器及其检测系统的设计。设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构,利用MEMS工艺进行加工制作,在不同环境温度下对其性能进行了测试,得到了环境温度与热式微流量传感器性能的关系。基于MSP430单片机和C＃语言自主开发了流量传感器检测系统,可对一定范围内的流量进行实时检测,并实时绘制流速随时间的变化曲线。研究表明,采用本文设计的热式微流量传感器结构,可以检测高于室温环境下的微流量气体,并可通过提高加热器温度或改变测温电阻对的测量位置来提高测量灵敏度。     

聚合物在化学传感器的应用

本文综述了近年来应用于化学传感器中的聚合物的作用及种类,将其归纳为基质、载体、敏感试剂,气体透过膜三种作用;并且讨论了敏感试剂在聚合物上的固定化方法,包括吸附、交联、包埋和共价结合等。展现了聚合物在化学传感器的应用前景。     

基于纳米材料气体传感器的接口电路设计

为了在测试的过程中测量纳米材料气体传感器变化的电阻信号,针对高灵敏度的纳米材料气体传感器,设计了一种宽动态范围的快速采样接口电路,基于积分电路的原理,将流经传感器的电流转换成一定脉宽的方波信号,单片机捕获脉冲时间并换算成传感器电阻值。电路在1 kΩ～500 MΩ测量范围内的最大线性误差为5%,能够应用于气体传感器的测试和标定、手持气体检测设备以及电阻测量等领域。     

谐振腔声气体传感器的电路模型与计算机仿真

提出了一种谐振腔声气体传感器的等效电路修正模型。该模型将FMYB和Babak模型相结合,运用谐振腔与传输线的相似性、Babak模型利用LC回路等效声谐振腔的谐振频率,电阻变化模拟气体粘滞性和反射界面损失的基础上,提出将谐振腔气流损失等效为一定大小的负载电阻,使得新模型能够精确模拟不同气体浓度的声阻抗和谐振频率变化。实验表明：新模型在38．5～41．0KHz频率范围内不仅能模拟声气体传感器的阻抗变化趋势,而且能精确地计算声气体传感器的阻抗值,从而得出相应的气体浓度变化。     

CFRM应变传感系统稳定性研究

本文利用碳纤维导电水泥基复合材料(CFRM)的压敏特性制成应变传感器,并研究了CFRM应变传感器在养护期间和养护完成后的电阻稳定性。试验结果表明,CFRM应变传感器的电阻在养护初期增长迅速,然后逐渐变慢,养护结束后很长一段时间内持续呈线性增长;此外,CFRM的电阻对温度很敏感,在降温0.105℃/h的过程中,电阻的变化率为2.027Ω/h;在100 h左右时间里,两个应变传感器的电阻差基本稳定在750Ω左右,拟合电阻变化率约为单个应变传感器电阻变化率的1/60,从而证明带补偿的CFRM应变传感系统可以补偿掉龄期和温度对CFRM应变传感器的影响,测量结果具有较好的稳定性。     

基于小波分析的气体传感器故障诊断系统设计方法探究

气体传感器被广泛应用于石油、化工等安全生产检测领域，经常工作在高温、高湿、强电磁干扰等恶劣环境，很容易产生故障，造成气体检测系统误报、漏报，而常规的技术手段很难判断气体传感器是否发生及发生了何种故障；通过对气体传感器故障分析技术探究，提出了一种基于小波分析的气体传感器故障诊断系统设计方法，方法通过采集并分析不同频率下的相对小波能量，构建特征向量，同时将向量特征输入SVM,以此判断气体传感器是否发生了故障及故障类型；实验数据表明，基于小波分析的气体传感器故障诊断系统可以有效地对气体传感器进行故障检测，保证其所在系统的安全、稳定运行，避免因气体检测系统误报、漏报而引起的安全事故的发生。     

Molecular modeling of polymer composite-analyte interactions in electronic nose sensors

We report a molecular modeling study to investigate the polymer-carbon black (CB) composite-analyte interactions in resistive sensors. These sensors comprise the JPL electronic nose (ENose) sensing array developed for monitoring breathing air in human habitats. The polymer in the composite is modeled based on its stereoisomerism and sequence isomerism, while the CB is modeled as uncharged naphthalene rings with no hydrogens. The Dreiding 2.21 force field is used for the polymer, solvent molecules and graphite parameters are assigned to the carbon black atoms. A combination of molecular mechanics (MM) and molecular dynamics (NPT-MD and NVT-MD) techniques are used to obtain the equilibrium composite structure by inserting naphthalene rings in the polymer matrix. Polymers considered for this work include poly(4-vinylphenol), polyethylene oxide, and ethyl cellulose. Analytes studied are representative of both inorganic and organic compounds. The results are analyzed for the composite microstructure by calculating the radial distribution profiles as well as for the sensor response by predicting the interaction energies of the analytes with the composites.     

基于质量流量控制器的多组分动态配气系统研究

针对在对气体浓度监测系统进行标定时需要多种不同浓度值标准气的需求,对基于质量流量控制器的多组分动态配气系统进行了研究,设计并研制了配气系统样机.计算机通过USB接口与高精度的质量流量控制器通信,严格控制各组分气体流量,从而实现多组分动态配气.配制的标准气浓度可达10-9级,并且连续可调,稀释比达到1/2000,不确定度最小可达到0.8%.系统不受环境温度与压力变化影响,对配制高、低浓度的标准气都适合,具有很好的应用价值.     

掺杂三乙醇胺铜配合物的PVA复合薄膜/K+交换玻璃光波导器件检测SO2气体

三乙醇胺酮配合物气敏性研究发现,该配合物与二氧化硫气体作用时透光率发生变化。以此结果为依据在K 交换玻璃光波导表面固定三乙醇胺铜配合物掺杂的聚乙烯醇复合薄膜,研制出了二氧化硫气体传感元件,并在光波导传感检测系统中测定其传感特性。实验结果表明,本传感元件对低浓度(500×10-9～15×10-6)二氧化硫气体有良好的线性快速可逆响应,低浓度氯化氢、硫化氢、二氧化氮、氨气以及挥发性有机物蒸汽对二氧化硫气体的检测没有干扰,具有灵敏度和选择性高、可逆性好,结构简单和易制作等特点。     

用气体传感器数据求解煤制气报警器的设定浓度

本文详细介绍了如何根据气体传感器的气体特性数据来计算混合气浓度特性的方法.并以TGS822TF型传感器为例,详细介绍了以氢气设定、以CO浓度规定报警点的人工煤制气报警器设定浓度的计算方法.通过使用EXCEL对H2和CO的气体浓度特性数据进行处理,根据不同地区的人工煤制气的组分含量,即可计算当地煤制气报警器的设定浓度.     

基于SnO2气体传感器检测农药残留的表面动态响应特性

利用单个SnO2气体传感器在方波变化的温度条件下实现对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体的快速检测和识别.实验结果表面,SnO2气体传感器在温度范围为250～300℃、温度变化频率为20MHz的工作条件下对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体表现出高的灵敏度和清晰的动态响应特征.通过快速傅立叶变换(FFT)实现对敌百虫和乙酰甲胺磷及其混合气体的定量分析.     

CuO—ZnO异质结气体传感器的敏感性能

ＣｕＯ—ＺｎＯ异质结气体传感器是一种新型的气体传感器,它有成本低、工艺简单、检测方便等诸多优点。主要研究了ＣｕＯ和ＺｎＯ不同比例情况下,该传感器的气敏性能。测试了它的阻温特性,及在不同温度、不同气氛条件下的灵敏度和响应特性,并从理论上对测试结果进行了分析和讨论。     

Limitations on the use of perovskite-structure oxides in gas sensing as a result of the concurrent operation of separate mechanisms

This paper addresses the consequences of operating a semiconducting oxide gas sensor with appreciable oxygen ion mobility within a temperature range where equilibration of the bulk oxygen content and surface reactions with reducing gases can proceed simultaneously. The investigations focus on the behaviour of an example of a perovskite material (LaFe_0.95W_0.05O₃) stemming from standard perovskites, but having all alkaline ions substituted by rare earth, on its resistance and stability against sulfur-containing gases (H₂S) and on its sensitivity towards some important reducing gases (carbon monoxide, ethanol, methane, propane). The experimental results provide responses to these latter four gases which are distorted by the superimposition of responses involving bulk oxygen equilibration upon the surface reactions with reducing gases. It is concluded that, although perovskite-structure oxides remain useful for oxygen monitoring at high temperature, their deployment for sensing reducing gases is problematical.     

气敏元件的环境温度特性

研究了γ—Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｌａ１－ｘＳｒｘＦｅＯ３气敏元件的环境温度特性。环境温度改变时（－４０～４０℃）元件的阻值Ｒ０的变化依基体材料及检测气体而异，Ｌａ１－ｘＳｒｘＦｅＯ３乙醇元件最为稳定，ＺｎＯ和ＷＯ３的Ｈ２Ｓ元件的Ｒ０有明显漂移，但在一定浓度Ｈ２Ｓ中的Ｒｇ比较稳定。这几种元件均适于在ＶＨ＝５Ｖ下工作。