石油类气体传感元件制造技术

本发明专利技术是一种利用催化燃烧原理检测石油类及其衍生的可燃性气体或蒸汽爆炸下限以下气体浓度的气体传感元件，它在６００℃以下的温度下接触可燃性气体时，会发生电阻变化。传感器由耐火层热电势抵消作用的基底层和载体催化层构成，催化剂由不含有氯离子的材质制备。因而传感元件中不含有使催化剂及载体晶格慢变化的氯离子作用，催化剂分布均匀，不存在结块和金属斑点，具有抗硫化氢和耐硅烷衰减性能强。本发明专利技术可在煤炭、石油、化工、交通运输、消防等行业的各种可燃易爆气体环境中使用。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是利用催化燃烧原理制成的一种测定气体浓度的传感元件，适合于煤炭、石油、化工、交通运输、消防等行业的各种可燃易爆气体环境中使用。已有技术中利用催化燃烧原理实现测定可燃性气体浓度的方法有英国专利892530所记载的，在Al2O3小珠上浸渍Pt、Pd作为催化剂的方法，但因为Al2O3与铂丝之间产生电势而出现零点不稳的缺点;日本专利52-92795所记载的，利用底层为Al2O3中层为ThO2外层为Rh2O3的方法以克服零点漂移问题，但是因为Al2O3直接与高温状态下的铂丝长期接触，Al2O3会改变晶格结构，因而使传感元件性能发生变化。上述方法所用的铂族金属催化剂都是用铂族金属的氯酸盐加热分解而产生，因为氯酸盐在加热状态下很难完全分解排除，因而在催化剂中存在残余的氯离子，残余的氯离子随传感元件放置或使用时间的延长，则氯离子逐渐与载体和催化剂结合，使晶格结构发生变化，因而使传感元件性能发生变化。美国专利4193964记载的，应用硝酸钯以避免载体和催化剂中存在氯离子，但是硝酸钯易于形成水合氧化钯而易于沉淀，使得催化剂在载体中分布不均匀，因而传感元件的性能不稳定;日本专利59-137849记载的，利用氯铂酸氨[Pt(NH3)4]Cl2和氯钯酸氨[Pd(NH3)4]Cl2作为催化剂的原始盐溶液，但仍含有氯离子，并不能完全改善元件性能。上述技术的制造方法都是将载体浸于铂族金属盐溶液中，使载体吸附一定重量的盐溶液后加热分解而形成催化剂，其所吸收的盐溶液数量与载体的粒径、干湿程度、温度大小以及溶液的温度、浓度大小都有很大关系，在实施过程中难以对诸多因素控制完备，因此不能保证催化剂在载体中的合适比例，致使传感元件性能不稳定。同时，载体浸渍催化剂盐溶液过程中，在载体表层比深部吸收的催化剂溶液的浓度大，因而催化剂在表层浓度高，深层浓度低，即表层活性高，对整体催化起决定作用，而表层直接与活性中毒物质接触，所以中毒性能表现突出而影响全局。欧洲专利0004184记载的，利用100 以下粒径的Al2O3作为载体以增加催化剂的分散度;法国专利2473179记载的，利用20nm以下粒径的Al2O3作为载体，与一定比例的氯钯酸氨及硝酸钍相混合涂于铂丝线圈上，经加热分解而成催化剂及载体，但是，上述载体Al2O3的粒径越小，则受热变形的情况越严重，因而使传感元件的性能不稳定。上述技术所制造的催化活性元件适用于饱和烃，而对于有分解反应的炔类、烯类及含卤族元素气体则不适用。上述催化燃烧式传感元件的补偿元件都是采用载体不加催化剂的方法实现的，或者是将补偿元件封闭起来的方法实现的，因此，元件在长期运行中，由于埋在载体中的铂丝处在高温赤热下连续工作，会产生铂蒸气而扩散到载体中，久而久之，使载体中含有一定量的铂微粒，从而使原来不含有铂族金属催化剂的补偿元件的载体转变成具有催化活性的元件，其活性逐渐接近检测用元件的活性，因此使输出信号渐渐变小，使元件寿命减低。虽然将补偿元件封闭起来的方法可以减少与可燃性气体接触的机会，但其热惰性增加，使传感元件性能变差。本专利技术的任务是针对已有技术存在的问题，提供一种改进的气体传感元件，使之能够具有性能稳定，抗毒能力强，寿命延长等特点。本专利技术是利用催化燃烧原理来实现测定石油类及其衍生可燃性气体爆炸下限浓度方法的。它是在两个材质相同，线径一样的铂丝或铂族合金的金属丝上，涂有耐火层和催化剂层，然后绕成几何形状一致的、匝数相等的线圈而制成的。其中一个载体具有催化氧化的性质，而另一个不具有催化氧化的性质。前者称为检测元件，后者为补偿元件。传感元件和补偿元件的金属丝基底的耐火层均为ThO2、TiO2、ZrO2、HfO2等耐火材料。在耐火底层之上涂催化剂载体，催化剂载体是由光谱纯Al2O3掺入ⅣB族金属氧化物而成。催化剂使用按比例分布均匀的硝酸钯氨、硝酸铂、二亚硝基二氨铂，或上述化合物中的混合物经加热分解而产生的氧化物以及ⅣB族元素的氧化物。催化剂载体若作为补偿元件使用，应进行阻化处理，其涂层使用锑、硒、铅、硅等元素的化合物或瓷釉等。若作为难燃性气体检测元件用，则需在载体中掺入铂、钯等铂等族金属的硝基盐经加热分解而成氧化物。传感元件的工作电流与铂族金属丝的线径有关，通常采用通用规格φ50μm和φ25μm之铂丝，前者的工作电流是后者的二倍，即工作电流与铂丝线径的关系是成倍比例关系;元件的工作电压与所绕制铂丝的长短成正比例关系，同时，输出电压与输入电压，即元件所需工作电压亦成正比例关系。将该上述检测元件和补偿元件与两个固定电阻接成惠斯登电桥，当通电使之处于工作状态时，若接触可燃性气体，因为检测元件具有催化氧化的性质，则可燃性气体在其表面形成无焰燃烧，燃烧的热量大小与所接触可燃性气体在空气中所占浓度的大小成正比例，燃烧所产生的热量使铂丝的热电阻增加;而补偿元件不具备催化氧化的性质，所以可燃性气体不会在其表面燃烧，即不会在补偿元件上形成热增量，因而补偿元件的电阻不发生变化。由于检测元件在可燃性气体作用下增加了电阻值，所以破坏了惠斯登电桥原来的平衡，从而可以从电桥的检测臂输出与可燃性气体浓度成正比的输出信号，实现检测可燃性气体在空气中的浓度，本专利技术若对于检测起燃点高的甲烷或乙烷一类气体的检测元件的催化剂，使用的铂族金属钯或铂的金属盐，为不含氯离子的硝酸钯氨、硝酸铂或二亚硝基二氨铂;本专利技术对于检测起燃点含碳数高的碳氢气体，或氢气一类可燃性气体的检测元件的催化剂，为耐火性能高的ⅣB族氧化物及盐的分解氧化物或其复合氧化物。本专利技术同现有技术相比，因为增加了耐火材料层，使催化剂载体的晶格受热匀恒，不易发生变形，因而延长了寿命，同时也使零点稳定性提高;因为使用了不含有氯离子的盐，所以催化剂中没有氯离子存在，催化剂不会产生结块，使催化剂在载体中分布均匀，故性能稳定，抗毒产力强;因为催化元件使用耐高温的ⅣB族氧化物，所以抗积炭性能强、性能稳定;因为本专利技术的补偿元件进行了阻化处理，所以不会因为金属丝的升华具有催化性，从而保证了输出信号的稳定。以下将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术检测元件结构图;图2为本专利技术补偿元件结构图;图3为本专利技术元件与测量电桥组成的电路;图4为本专利技术在CH4和硅烷气体环境中的实测结果;图5为本专利技术在CH4和H2S气体环境中的实测结果;图6为本专利技术在乙炔气体环境中的实测结果;图7为本专利技术在氯乙烯气体环境中的实测结果;图8为本专利技术在含铅汽油气体环境中的实测结果。图中1为金属丝，2为线圈，3为耐火层，4为催化剂层，5为阻化剂层，6为传感元件，7为补偿元件，8为固定电阻，9为调零电位器，10为输出端子，E为电源。参照图1，图2，图3。本专利技术为了保证传感元件6的零点稳定性，消除热电势所产生的零漂，和保证载体和催化剂晶格的稳定性，防止载体和催化剂在铂丝长期高温加热下发生热变型而使传感元件6性能改变，本专利技术在载体和催化剂与铂丝之间增设了一层耐高温的ThO2和TiO2等，因为TiO2和ThO2在2000℃下也不会发生变化，而Al2O3在900℃下就可改变其型态。使ThO2与高热状态下的铂丝接触，可大大减缓Al2O3的热变型，从而保证了载体和催化剂的寿命延长。同时，因为ThO2与Al2O3的极性相反，所以可以抵消本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用铂族金属的金属丝线圈２上涂有催化剂层４制成的传感元件６和补偿元件７，其特征在于金属丝线圈２的基底耐火层３为耐火材料，在耐火层３上涂的催化剂层４为石含氯离子的铂族金属化合物。

【技术特征摘要】
1.一种用铂族金属的金属丝线圈2上涂有催化剂层4制成的传感元件6和补偿元件7，其特征在于金属丝线圈2的基底耐火层3为耐火材料，在耐火层3上涂的催化剂层4为石含氯离子的铂族金属化合物。2.一种如权利要求1所述的传感元件6和补偿元件7，其特征在于耐火层3的耐火材料为ThO2、TiO2、ZrO2、HfO2的任意一种化合物。3.一种如权利要求1或2所述的传感元件6...

【专利技术属性】
技术研发人员：董连华，
申请(专利权)人：董连华，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]