Abstract
Thermocatalytic sensors are widely used in gas analysis systems and have high reliability and low cost. However, errors in measuring the concentration of combustible gases related to the non-linearity of the conversion characteristic and the influence of ambient temperature fluctuations significantly limit the scope of their application.Purpose of reseach. Development of a method for measuring gas concentration by thermocatalytic sensors, which allows reducing measurement errors by tuning out due to ambient temperature influence and linearization of the conversion characteristic.Problems. They are as follows: to develop a method for temperature stabilization of a thermocatalytic sensor; to make a structural and functional scheme for the sensor activation; to obtain a mathematical description of the method and substantitation for tuning out as a result of temperature influence; to experimentally confirm the possibility of linearization of the sensor conversion function in the thermal stabilization mode.Methods. The mathematical description of the method applies the theory of heat transfer and the theory of electrical circuits with discrete signals. When analyzing existing solutions and synthesizing the device, methods for calculating circuits with nonlinear elements and the theory of measurement systems have been used. The real conversion function has been obtained through an experimental method.Results. A method for measuring gas concentration by a thermocatalytic sensor with the use of a microcontroller and PWM has been developed. It allows reducing errors due to tuning out as a result of ambient temperature influence. A mathematical description of the method has been given. An experiment has been performed. It demonstrates the effectiveness of using temperature stabilization to linearize the conversion characteristic.Conclusion. The paper proposes a method for temperature stabilization of thermocatalytic gas sensors. The method makes it possible to increase the accuracy of measurements by tuning out due to the influence of temperature fluctuations and linearization of the conversion function. The possibility of linearization of the sensor function has been experimentally confirmed. It characterizes the dependence of the output signal on the concentration of combustible gas. Using this method allows you to reduce the cost of the sensor, improve the quality factors of the sensor, such as the reliability and stability of parameters.
Highlights
The paper proposes a method for temperature stabilization of thermocatalytic gas sensors. The method makes it possible to increase the accuracy of measurements by tuning out due to the influence of temperature fluctuations and linearization of the conversion function
РФ No 2304278, G01N27/12 «Способ стабилизации параметров микронагревателя измерительного элемента газового датчика и устройство для его осуществления», 10.08.2007, Бюл
Российская Федерация, МПК G01N 27/16 (2006.01), G01N 25/22 (2006.01), Способ измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа / Карпова Е
Summary
Принцип работы термокаталитического датчика заключается в изменении сопротивления его чувствительного элемента, покрытого слоем катализатора, при протекании реакции горения на его поверхности [3]. Причиной разбалансировки служит изменение сопротивления чувствительного элемента в результате термокаталитической реакции горения, протекающей на его поверхности при появлении детектируемого газа. Основной целью работы являлась разработка способа измерения концентрации газа термокаталитическим датчиком, позволяющего уменьшить погрешности, связанные с колебаниями температуры окружающей среды и определением приращения мощности, за счёт термокаталитической реакции. Для целей управления рабочей температурой нагревателей каталитических датчиков целесообразным является вариант изменения длительности электрических импульсов с фиксированной частотой повторения, так называемая широтно-импульсная модуляция ШИМ. Для определения приращения мощности, выделяющейся на чувствительном элементе датчика за счёт реакции каталитического окисления, необходимо из импульсного напряжения на нагревателе чувствительного элемента сформировать напряжение, пропорциональное среднему значению мощности. При изменении температуры окружающей среды будет изменяться электрическая мощность, подводимая к нагревателю чувствительного элемента датчика, что будет приводить к изменению выходных показаний датчика при отсутствии изменения концентрации горючего газа. На основании сравнения принимается решение о программном уменьшении или увеличении соответствующей длительности импульса
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
