一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器和方法技术

本发明专利技术公开了一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器和方法，所述传感器包括依次连通的第一反应室、第一检测室、第二反应室和第二检测室，所述第一反应室上设置有进气口，所述第一反应室中设置有一氧化碳热催化氧化剂，所述第一检测室中设置有第一二氧化碳敏感薄膜，所述第二反应室中设置有吸水层，所述第二检测室中设置有第二二氧化碳敏感薄膜。利用活泼金属氧化物颗粒在水蒸气环境下易与二氧化碳发生反应，通过检测反应前后二氧化碳浓度差间接反应出活泼金属氧化物颗粒的浓度。差间接反应出活泼金属氧化物颗粒的浓度。差间接反应出活泼金属氧化物颗粒的浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器和方法


[0001]本专利技术属于空气中颗粒成分检测
，具体涉及的是一种检测空气中活泼金属氧化物颗粒浓度的装置，特别是涉及到一种用于危化品仓库火灾环境下，通过检测空气中二氧化碳浓度差间接检测空气中活泼金属氧化物颗粒浓度。

技术介绍

[0002]危险化学品仓库发生火灾爆炸在我国是一类相对高发的一类事故，通常是由于管理疏忽和违规操作引起的。危化品一般都伴随着易燃易爆和有毒有害等特征，发生火灾时，灭火难度大。危化品种类繁多，对灭火剂的要求不同，其易燃易爆性强，且火灾现场情况复杂，如操作不当易产生二次燃烧，因此，对仓库火场内危化品种类及存储量的掌握是十分重要的。一般情况下，火灾现场往往会产生较多二氧化碳和有毒有害气体，如一氧化碳、氮氧化物等，二氧化碳的含量远高于空气，一般可达5％，这为空气中活泼金属氧化物颗粒的检测提供了适合的条件。
[0003]活泼金属是指化学元素周期表中第Ⅰ族和第Ⅱ族的元素，化学性质活泼，单质为固体，在空气中及易与氧气发生反应生产金属氧化物或过氧化物，与水蒸气反应生产氢氧化物，是危化品仓库中常见的一种易燃易爆品。火灾时，活泼金属在空气中剧烈燃烧，产生大量白烟，其主要成分为活泼金属氧化物颗粒，直径大约为几微米到几十微米，活泼金属氧化物颗粒在水蒸气环境下易与二氧化碳反应生产碳酸盐。一般情况下，检测空气中固体颗粒的方法有：激光散射法、激光投射法、电荷法和β射线法。激光散射法和激光投影法对仪器设备要求较高，成本消耗大，人工消耗多，不适用于危化品火灾现场对活泼金属氧化颗粒的检测。电荷法主要利用固体颗粒与侧头的摩擦生电的原理进行检测，而β射线法主要利用滤纸对空气进行过滤，然后对其浓度进行分析，故上述的四种方法均难以检测某一特定物质，均无法满足对活泼金属氧化物颗粒浓度检测的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种用于火灾环境下检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器和方法，解决危化品仓库火灾现场空气中活泼金属氧化物颗粒的定性及定量检测问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器包括依次连通的第一反应室、第一检测室、第二反应室和第二检测室，所述第一反应室上设置有进气口，所述第一反应室中设置有一氧化碳热催化氧化剂，所述第一检测室中设置有第一二氧化碳敏感薄膜，所述第二反应室中设置有吸水层，所述第二检测室中设置有第二二氧化碳敏感薄膜。
[0006]进一步的，一氧化碳热催化氧化剂通过一粘接层固定在第一反应室中，第一二氧化碳敏感薄膜通过第二粘接层固定在第一检测室中，第二二氧化碳敏感薄膜通过第三粘接层固定在第二检测室中。
[0007]进一步的，第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层的材料为含碳硼烷的酚醛环氧
树脂。
[0008]进一步的，吸水层的材料为多孔陶瓷。
[0009]进一步的，还包括用于加热第一反应室、第一检测室、第二反应室和第二检测室的电热丝。
[0010]进一步的，第一反应室和第一检测室的横截面为S形。
[0011]进一步的，第一二氧化碳气敏薄膜和第二二氧化碳敏感薄膜材料为掺杂了0.8％
‑
1.2％Ag的CuO
‑
BaTiO3。
[0012]进一步的，一氧化碳热催化氧化剂5含有0.04％wt
‑
0.05wt％Au的Co3O4。
[0013]基于上述的传感器的检测空气中活泼金属氧化物浓度的方法，包括以下步骤：将带检测空气送入第一反应室，在一氧化碳热催化氧化剂的作用下，空气中的一氧化碳全部转化为二氧化碳；然后空气进入第一检测室，第一二氧化碳气敏薄膜检测出二氧化碳浓度；空气继续前进，进入第二反应室，换吸水层释放出水蒸气，活泼金属氧化物颗粒与二氧化碳反应生成碳酸盐，二氧化碳浓度降低；然后气体进入第二检测室，检测反应后的二氧化碳浓度，通过检测反应前后二氧化碳浓度差间接反应出活泼金属氧化物浓度。
[0014]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0015]提供了一种在火灾现场检测空气中活泼金属氧化物颗粒浓度的传感器，利用活泼金属氧化物颗粒在水蒸气环境下易与二氧化碳发生反应，通过检测反应前后二氧化碳浓度差间接反应出活泼金属氧化物颗粒的浓度，现场人员可据此估计危化品仓库内活泼金属的存储量，为下一步消防措施的选择做出参考。
[0016]二氧化碳敏感薄膜对二氧化碳具有一定的敏感性，且该敏感性对二氧化碳的针对性较高。在检测过程中可能对检测结果产生影响的因素是：可燃物在空气中的不完全燃烧产生的一氧化碳易在二氧化碳敏感薄膜中的贵金属的热催化氧化下反应为二氧化碳，使反应前后的二氧化碳的浓度差检测出现原理性误差。为消除这种误差，在第一二氧化碳敏感薄膜的最前端增加了一氧化碳热催化氧化剂，在二氧化碳检测前将空气中的一氧化碳全部转化为二氧化碳，消除了二氧化碳在进行反应前后的浓度差检测时的误差，即完全消除了空气中其他气体对二氧化碳浓度差检测的影响。
[0017]进一步的，第一粘接层、第二粘接层和第三粘接层的材料选择含碳硼烷的酚醛环氧树脂，可在400℃的温度下保持较好的机械性能、粘接性能、化学稳定性和电绝缘性等。
[0018]进一步的，还包括用于加热第一反应室、第一检测室、第二反应室和第二检测室的电热丝，给二氧化碳检测、一氧化碳催化氧化及蒸发水蒸气提供合适的温度。
[0019]进一步的，第一反应室和第二反应室的横截面为S形，该结构对气体流动有一定的阻碍作用，可以使反应更加充分。
[0020]本专利技术涉及到的活泼金属氧化物颗粒浓度检测方法的原理是：活泼金属氧化物在水蒸气环境下与二氧化碳发生反应，通过检测反应前后二氧化碳浓度差间接反应出活泼金属氧化物颗粒的浓度，本专利技术涉及到的二氧化碳敏感薄膜的电阻可随二氧化碳浓度的改变而改变，信号输出线性度较高，能准确地检测出空气中局部活泼金属氧化物颗粒的浓度。
附图说明
[0021]图1为整个传感器工作流程原理图；
[0022]图2为传感器截面图；
[0023]图3为整个传感器的俯视截面图；
[0024]图4为传感器电热丝布置示意图。
[0025]附图中：1
‑
硅基电热丝基底；2
‑
电热丝；3
‑
硅基敏感膜基底；4
‑
第一粘接层、5
‑
一氧化碳热催化氧化剂；6
‑
单晶硅保护层；7
‑
第二粘接层、8
‑
第一二氧化碳敏感薄膜、9
‑
吸水层；10
‑
第三粘接层；11
‑
第二二氧化碳敏感薄膜；12
‑
金焊区；13
‑
第一反应室；14
‑
第一检测室；15
‑
第二反应室；16
‑
第二检测室。
具体实施方式
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器，其特征在于，包括依次连通的第一反应室(13)、第一检测室(14)、第二反应室(15)和第二检测室(16)，所述第一反应室(13)上设置有进气口，所述第一反应室(13)中设置有一氧化碳热催化氧化剂(5)，所述第一检测室(14)中设置有第一二氧化碳敏感薄膜(8)，所述第二反应室(15)中设置有吸水层(9)，所述第二检测室(16)中设置有第二二氧化碳敏感薄膜(11)。2.根据权利要求1所述的一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器，其特征在于，所述一氧化碳热催化氧化剂(5)通过一粘接层(4)固定在第一反应室(13)中，第一二氧化碳敏感薄膜(8)通过第二粘接层(7)固定在第一检测室(14)中，第二二氧化碳敏感薄膜(11)通过第三粘接层(10)固定在第二检测室(16)中。3.根据权利要求2所述的一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器，其特征在于，所述第一粘接层(4)、第二粘接层(7)和第三粘接层(10)的材料为含碳硼烷的酚醛环氧树脂。4.根据权利要求1所述的一种检测空气中活泼金属氧化物浓度的传感器，其特征在于，所述吸水层(9)的材料为多孔陶瓷。5.根据权利要求1所述的一种用于火灾环境下检测空气中活泼金属氧化物的方法，其特征在于，还包括用于加热第一反应室(13)、第一检测室(14)、第二反应室(15)...

【专利技术属性】
技术研发人员：方续东，张栋，方子艳，赵立波，田边，吴晨，孙昊，邓武彬，高博楠，吴俊侠，王淞立，朱楠，孙林，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：