具有抗中毒功能的催化燃烧式甲烷浓度检测仪

摘要

煤矿瓦斯事故属于煤矿井下事故中的多发事故。瓦斯事故中又数瓦斯爆燃发生次数最多的，为此我国在经济上和人民生命安全上付出了惨痛的代价。同时对煤炭需求量的攀升，开采深度需要不断加深，矿井下的环境也更加复杂，存在着大量H2S气体，会使催化传感器失活，造成巨大的测量误差，因此研究出一种抗中毒检测技术，对高硫煤矿中的甲烷气体浓度检测具有现实意义。
　　本设计主要对催化传感器的工作原理进行研究，对催化传感器的中毒机理进行分析，找出其中毒的主要原因。通过对中毒机理的探究，发现催化剂因与H2S反应生成硫酸盐，导致催化剂失活是传感器中毒的主因。由于传感器中毒后生成的硫酸盐可在一定高温下分解，所以本文提出了一种具有抗中毒功能的甲烷检测方法，即在工作一定时间后将敏感元件工作温度升高，在尽可能短的时间内对敏感元件进行清毒处理（加热分解硫酸盐），恢复敏感元件的活性。本文提出了恒温控制电路来精确的改变和控制传感器的工作温度，使得能够有效进行清毒处理同时又不使敏感元件造成的不可逆的伤害。该检测仪的硬件和软件均采用模块化设计，方便移植使用和检查修改。检测仪的硬件电路由以下几个部分组成：单片机系统、红外遥控解码、显示报警、电源模块、恒温控制电路、信号调理电路模块、频率输出电路及连接检测电路。检测仪的软件部分有以下几个部分：主程序、红外遥控解码程序、标定程序、甲烷浓度数据处理程序、清毒程序、浓度输出程序。
　　本文对具有抗中毒功能的催化燃烧式甲烷浓度检测仪进行了性能测试和误差来源分析，分别对检测仪的稳定性测试和抗中毒能力进行了测试。检测仪具有较好的抗中毒性能，适合高硫煤矿井下使用。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题相关领域发展状况

1.3课题主要研究内容

第2章 抗中毒甲烷测量的原理及总体方案设计

2.1催化元件硫中毒原理

2.2催化元件抗硫中毒原理

2.3甲烷检测仪设计要求

2.4恒温与清毒控制的电路实现

2.5总体方案设计

2.6检测仪核心器件的选型

2.7本章小结

第3章 硬件电路设计

3.1硬件整体结构设计

3.2微控制器系统设计

3.3电源模块电路

3.4信号调理电路

3.5恒温与清毒控制电路

3.6频率输出电路及连接检测电路

3.7本章小结

第4章 系统软件设计

4.1软件总体设计概述

4.2主程序设计

4.3红外遥控解码程序设计

4.4标定程序设计

4.5甲烷浓度数据处理程序设计

4.6清毒程序设计

4.7 PWM频率信号输出程序设计

4.8本章小结

第5章 检测仪性能测试

5.1催化元件性能测试系统

5.2催化式传感器中催化元件性能测试要求

5.3稳定性测试

5.4样机测试

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间获得的主要奖励

致谢