氣敏傳感器的原理及在預(yù)防煤礦瓦斯爆炸中的應(yīng)用

氣敏傳感器的原理及在預(yù)防煤礦瓦斯爆炸中的應(yīng)用:文章從瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的原理引入，分析了氣敏傳感器在預(yù)防煤礦瓦斯爆炸中的重要作用，設(shè)計(jì)了應(yīng)用氣敏傳感器預(yù)防煤礦瓦斯爆炸的應(yīng)用電路，并分析了該電路的工作原理，確定了組成電路各元器件選用方法、功能特點(diǎn)及其性能指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：瓦斯爆炸；氣敏傳感器；半導(dǎo)體；敏感元件
0 引言
??? 近年來(lái)在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中由于瓦斯?jié)舛瘸薅鸬闹卮笫鹿食Ｓ邪l(fā)生，而每次事故的發(fā)生都會(huì)有人員傷亡，都會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失，給傷亡人員的家庭帶來(lái)沉重的災(zāi)難，所以，瓦斯的防治迫在眉睫。
有資料顯示，我國(guó)目前煤礦事故中80%以上為瓦斯爆炸事故，而專家介紹，煤礦瓦斯爆炸必須具備三個(gè)條件：火源、瓦斯含量在5%～16%之間、氧氣。礦井瓦斯爆炸是一種鏈鎖反應(yīng)，當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基。這類游離基有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個(gè)游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基。這樣循環(huán)不己，游離基越來(lái)越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來(lái)越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆炸附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡、破壞巷道和器材設(shè)施，揚(yáng)起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力，另外，爆炸后生成大量有害氣體，也會(huì)造成人員中毒死亡。
2? 氣敏傳感器的可靠性及保護(hù)原理
把半導(dǎo)體氣敏傳感器合理的應(yīng)用到礦井生產(chǎn)中去，就能很好地預(yù)防瓦斯爆炸這類可怕的災(zāi)難。半導(dǎo)體氣敏傳感器對(duì)于低濃度氣體具有很高的靈敏度，具有嗅覺(jué)功能，能自動(dòng)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?。一旦瓦斯超限，氣敏傳感器即可自?dòng)報(bào)警，然后采取先抽后采的原則，即可防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生。
??? 半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)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來(lái)檢測(cè)氣體的種類和濃度的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處時(shí)，如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而形成正離子吸附。如H2、CO、碳?xì)浠衔锏?，被稱為還原型氣體。當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上時(shí)，載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。利用這種半導(dǎo)體氣敏傳感器和相應(yīng)的電路即可構(gòu)成下面礦井瓦斯超限報(bào)警電路。