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气敏传感器的原理及在预防煤矿瓦斯爆炸中的应用
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2009-11-26
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气敏传感器的原理及在预防煤矿瓦斯爆炸中的应用:文章从瓦斯爆炸的危害、瓦斯爆炸的原理引入，分析了气敏传感器在预防煤矿瓦斯爆炸中的重要作用，设计了应用气敏传感器预防煤矿瓦斯爆炸的应用电路，并分析了该电路的工作原理，确定了组成电路各元器件选用方法、功能特点及其性能指标。
关键词：瓦斯爆炸；气敏传感器；半导体；敏感元件
0 引言
近年来在煤矿生产过程中由于瓦斯浓度超限而引起的重大事故常有发生，而每次事故的发生都会有人员伤亡，都会给国民经济带来巨大损失，给伤亡人员的家庭带来沉重的灾难，所以，瓦斯的防治迫在眉睫。
有资料显示，我国目前煤矿事故中80%以上为瓦斯爆炸事故，而专家介绍，煤矿瓦斯爆炸必须具备三个条件：火源、瓦斯含量在5%～16%之间、氧气。矿井瓦斯爆炸是一种链锁反应，当爆炸混合物吸收一定能量后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基。这类游离基有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。这样循环不己，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆炸附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡、破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力，另外，爆炸后生成大量有害气体，也会造成人员中毒死亡。
2 气敏传感器的可靠性及保护原理
把半导体气敏传感器合理的应用到矿井生产中去，就能很好地预防瓦斯爆炸这类可怕的灾难。半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度，具有嗅觉功能，能自动检测瓦斯浓度。一旦瓦斯超限，气敏传感器即可自动报警，然后采取先抽后采的原则，即可防止瓦斯爆炸事故的发生。
半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附。如H2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降。利用这种半导体气敏传感器和相应的电路即可构成下面矿井瓦斯超限报警电路。
关键词：瓦斯爆炸；气敏传感器；半导体；敏感元件
0 引言
近年来在煤矿生产过程中由于瓦斯浓度超限而引起的重大事故常有发生，而每次事故的发生都会有人员伤亡，都会给国民经济带来巨大损失，给伤亡人员的家庭带来沉重的灾难，所以，瓦斯的防治迫在眉睫。
有资料显示，我国目前煤矿事故中80%以上为瓦斯爆炸事故，而专家介绍，煤矿瓦斯爆炸必须具备三个条件：火源、瓦斯含量在5%～16%之间、氧气。矿井瓦斯爆炸是一种链锁反应，当爆炸混合物吸收一定能量后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基。这类游离基有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两个以上的游离基。这样循环不己，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆炸附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡、破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力，另外，爆炸后生成大量有害气体，也会造成人员中毒死亡。
2 气敏传感器的可靠性及保护原理
把半导体气敏传感器合理的应用到矿井生产中去，就能很好地预防瓦斯爆炸这类可怕的灾难。半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度，具有嗅觉功能，能自动检测瓦斯浓度。一旦瓦斯超限，气敏传感器即可自动报警，然后采取先抽后采的原则，即可防止瓦斯爆炸事故的发生。
半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附。如H2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降。利用这种半导体气敏传感器和相应的电路即可构成下面矿井瓦斯超限报警电路。
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