汽車尾氣在線檢測(cè)系統(tǒng)

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1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述題目汽車尾氣在線監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專業(yè)班級(jí)姓名指導(dǎo)教師　所在學(xué)院　2011年11月11前言隨著石油、化工、煤炭、汽車等工業(yè)部門的迅速發(fā)展,人們?cè)谏罨蚬I(yè)中排放出的氣體種類和數(shù)量也日益增多，形形色色的氣體傳感器深入各行各業(yè)。氣體傳感器，一種將氣體（一般指空氣）中含有的特定氣體（即待測(cè)氣體）以適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)檢測(cè)或定量的器件，人們根據(jù)這些傳感器產(chǎn)生電氣信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息,從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警;還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制、報(bào)警系統(tǒng)。隨著它功能性的強(qiáng)大，人們也越來(lái)越離不開

2、它。一、氣體傳感器的分類和工作原理氣體傳感器主要有半導(dǎo)體傳感器（電阻型和非電阻型）、絕緣體傳感器（接觸燃燒式和電容式）、電化學(xué)式（恒電位電解式、伽伐尼電池式等），還有紅外吸收型、石英振蕩型、光纖型、熱傳導(dǎo)型、聲表面波型、氣體色譜法等[1]。1、半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下,當(dāng)氣體接觸器件表面而被吸附時(shí),吸附分子首先在表面自由地?cái)U(kuò)散(物理吸附),失去其運(yùn)動(dòng)能量,其間的一部分分子蒸發(fā),殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處(化學(xué)吸附)。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的電

3、子親和力,則吸附分子將從器件奪取電子而變成負(fù)離子吸附。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體有O2和NO211,稱為氧化性氣體或電子接收性氣體。當(dāng)器件的功函數(shù)大于吸附分子的離解能,吸附分子將向器件釋放電子,而成為正離子吸附。具有這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳?xì)浠衔锖途祁惖?稱為還原性氣體或電子供給性氣體。當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體（SnO2，ZnO，TiO等)上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體(MoO2、CrO3等)上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻值增大。當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，則載流子增多，使半導(dǎo)體電阻

4、值下降[2]。圖1表示了氣體接觸N型半導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的器件阻值變化情況。半導(dǎo)體氣敏元件分為電阻型和非電阻型。圖1N型半導(dǎo)體吸附氣體時(shí)器件阻值的變化圖2、絕緣體氣體傳感器分為接觸燃燒式和電容式。電容式氣體傳感器的工作原理是根據(jù)敏感材料吸附氣體后其介電常數(shù)發(fā)生改變導(dǎo)致電容的變化。接觸燃燒式氣體傳感器[3]的檢測(cè)原理是可燃性氣體(H2、CO、CH4等)與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)熱(無(wú)焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應(yīng)增大?？諝庵锌扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(yīng)(燃燒)產(chǎn)生的反應(yīng)熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)

5、愈大，其電阻值增加的就越多。因此，只要測(cè)定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(ΔR)，11就可檢測(cè)空氣中可燃性氣體的濃度。但在實(shí)際應(yīng)用中，為了延長(zhǎng)其使用壽命，提高檢測(cè)元件的響應(yīng)特性，鉑絲圈外面都會(huì)涂覆一層氧化物觸媒。接觸燃燒式氣體敏感元件的橋式電路如圖2所示：圖2接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)電路接觸燃燒式氣體傳感器普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)。3、電化學(xué)式氣體傳感器，主要利用兩個(gè)電極之間的化學(xué)電位差，一個(gè)在氣體中測(cè)量氣體濃度，另一個(gè)

6、是固定的參比電極，使所測(cè)的氣體進(jìn)行氧化或者還原，測(cè)量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流，然后推算出氣體的濃度[4]。4、紅外吸收型傳感器，當(dāng)紅外光通過待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光有吸收，其吸收關(guān)系服從朗伯—比爾）吸收定律，通過光強(qiáng)的變化測(cè)出氣體的濃度：式中，αm—摩爾分子吸收系數(shù)；C—?dú)怏w濃度；L—光和氣體的作用長(zhǎng)度；β—瑞利散射系數(shù)；γ—米氏散射系數(shù)；δ—?dú)怏w密度波動(dòng)造成的吸收系數(shù)；I0、I—分別是輸入輸出光強(qiáng)[5]。5、聲表面波傳感器的關(guān)鍵是SAW11振蕩器，它由壓電材料基片和沉積在基片上不同功能的叉指換能器所組成，由延遲型和振子型兩種振蕩

7、器。SAW傳感器自身固有一個(gè)振蕩頻率，當(dāng)外界待測(cè)量變化時(shí)，會(huì)引起振蕩頻率的變化，從而測(cè)出氣體濃度?？傊?，半導(dǎo)體式的傳感器靈敏度高，構(gòu)造與電路簡(jiǎn)單，但輸出與氣體濃度不成比例；接觸燃燒式的輸出與氣體濃度成比例，但靈敏度較低；化學(xué)反應(yīng)式的氣體選擇性好，但不能重復(fù)使用；紅外吸收型的能定性測(cè)量，但裝置大，價(jià)格高等。一、氣體傳感器的發(fā)展氣體傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了大致四個(gè)階段：第一階段：1962年以前是氣體傳感器研究的孕育階段。此階段中，通過對(duì)氧化物半導(dǎo)體表面特性的深入研究，發(fā)現(xiàn)了氧化物半導(dǎo)體對(duì)氣體具有敏感性。第二階段：1962年～1967年，氣體傳感器的探索階

8、段。首先是在1962年，日本九州工業(yè)大學(xué)清山哲郎等人對(duì)及薄膜的氣敏特性進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，首次研制成功氧化鋅薄膜氣敏元件；到了1967年，美國(guó)的P.J