基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究

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200V,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.

关键词：煤矿瓦斯浓度检测、电离式气体传感器、低浓度CH4、CH4-N2混合气体、敏感特性、报警阈值

所属期刊栏目：47

分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)

资助基金：国家自然科学基金项目;中国博士后科学基金项目;陕西省教育厅自然科学基金项目

在线出版日期：2021-04-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：34-40