0 导言
检测瓦斯最有用最经济的办法是催化焚烧办法，即把催化剂氧化钯黑涂在丈量元件外表，再配以物理功能相同的参比元件组成丈量电桥（是非元件）。两只元件用铂丝加热到摄氏400度，当空气中含有可燃气体时，丈量元件在催化剂的作用下，在元件外表发生催化反响，使温度上升，经过丈量两只元件的温差就能判别出瓦斯的含量［1］。因为催化元件在检测可燃性气体方面有着电路简略、牢靠、廉价等许多的优胜功能，在全国煤矿安全检测范畴得到了广泛运用。催化焚烧型瓦斯检测仪器是当时煤矿中运用最广泛、最遍及的瓦斯检测仪器。是煤矿用来监督矿井瓦斯动态的有用东西。
可是，载体催化元件有个丧命的缺点，便是只能丈量4% 浓度以下的甲烷气体，当空气中的瓦斯浓度值超越4% 后，元件就会发生“激活”现象形成永久损坏，使丈量规模被限制在很有限的区间里。假如可以处理催化元件的“激活”问题，那将为煤矿安全带来一场严重的革新。
1 传统的催化焚烧检测的问题
传统的检测原理是检测催化元件与参比元件的温差取得浓度信号，跟着浓度上升，元件温度必定上升，“激活”现象不可避免。当被测气体中甲烷浓度大于4% 时，堵截桥路的加热电流，可是实践证明，尽管有维护电路存在，仍是不能有用维护传感器元件。
依据文献，不管什么配方的催化剂，在外表温度》600℃后，催化剂氧化钯黑都无法抵抗氧化复原反响的发生，成果形成检测元件的损坏。
当催化元件被点着之后，再堵截电源也无法熄灭，元件会一向保持焚烧状况，直到将其焚毁中止。而在高浓甲烷环境下，很小的能量“触发”就会导致催化元件的完全焚毁，而外表检测又有必要让元件在焚烧状况作业，这便是咱们有必要要处理的要害。
咱们做了这样一个实验，在漆黑的环境中，往实验杯中通以10% 浓度的甲烷气样（9.5％ 浓度的瓦斯气体具有最激烈的爆破特性），接通丈量桥路电源，让元件进入催化反响状况，检测元件在瓦斯和氧气的反响下马上宣布亮堂的光芒；这时当即堵截桥路电源，可是催化反响并没有中止，催化反响发生的热量还会保持焚烧， 这种焚烧的能量来源于甲烷与氧气的反响，这便是尽管断电维护，但仍然不能有用根绝“激活”的原因。
2 甲烷传感器催化元件的高浓冲击问题
催化元件丈量高浓甲烷时，因甲烷挤占了空气中的氧气，使催化反响不光没有加强，反而跟着浓度添加而下降，浓度越高丈量值反而越小。实践运用中这种特性存在着极大风险，这便是长时刻困扰人们的二值性误测问题。
处理二值性问题的要害是怎么确认仪器的取值区间，不同的区间会得出不同的丈量成果。人们选用催化元件与热导元件组合办法制作了凹凸浓组合式甲烷传感器，但因为热导元件在量程的高端和低端分辨率低，在两元件丈量的相交点上无法符合，不能精确切换。又因为两种元件作业机理不同，两参数的整定、丈量算法无法一致，再加上双元件、双供电、双零点、双精度、双补偿，使仪器的运用变得极端杂乱，更无法承受的是两种元件切换时有必要经过很长的停电/加热转化进程，这期间仪器是“休止”状况，在时刻上和丈量值上都是不接连的，这样就给产品的推广运用带来极大妨碍。是非元件特性曲线如图1所示。
处理催化元件的高浓冲击问题，便是处理催化元件高温的问题，仍是要从桥路平衡上处理。在接连供电的检测桥路上，任何的辅佐操控，都会成功地将失衡的桥路纠正，可是被外电路钳制成平衡的桥路不等于恒温的桥路，桥路的平衡条件是对边阻抗乘积等于另一边阻抗乘积，如下式：Z1×Z4=Z2×Z3
假如Z4是丈量元件，Z3为参比元件，在高浓甲烷环境中Z4温度上升后对Z4加以分流操控，必将引起其并联阻抗下降，很小的分流操控就可以将桥路康复到平衡状况，分流所发生的降温作用微乎其微，不足以改进高温对丈量元件的激活现象，而且闭合的操控环路需求两只元件的温差来保持补偿电流，在理论上就注定完成不了丈量元件的“恒温”，此刻丈量元件与参比元件温差并没有减小多少，仅仅是保持了桥路的平衡，也无法起到对元件的维护作用。
要规划出真实的恒温检测桥路，就有必要抛开接连电流供电的传统办法，以确保丈量元件与参比元件温度永久持平。
咱们经过一个微机处理芯片构成的闭环反应系统，逼迫检测元件与参比元件保持在平衡状况，使丈量元件作业在恒温状况下。这样的检测环路使丈量元件的温度与参比元件进行温度比较，当环境中的甲烷气体在丈量元件外表焚烧时，丈量元件的温度将很快上升使电桥失去平衡，微处理芯片构成的闭环反应系统监测到偏移信号后，输出操控脉冲信号，将现已偏移的桥路“纠正”回来，使回路循环往复的作业在“偏移”/“校对”的振动之中，丈量元件的温度是以细小的锯齿波形状的轨道在恒温区动摇。这个动摇的温差很小，只要零点几度的不同，基本上可以以为参比元件和丈量元件的温度是持平的。传统的检测桥路与恒温桥路的浓度温度特性如图3［4，5，6］。
空气中的甲烷浓度越高，从平衡到失衡的过渡时刻就越短，经过检测这个升温时刻，就可以得到与甲烷浓度成正比的丈量参数。这种办法确保了在任何甲烷浓度下，丈量元件的温度不变，完全有用地根绝了高浓甲烷的焚烧，大大延长了催化元件的运用寿数，也使仪器的零点稳定性、精度稳定性得到了的进步。
3 结语
规划的脉冲供电检测桥路与传统的丈量机理天壤之别，丈量桥路是恒温的，不管检测多高浓度的瓦斯，检测元件的温度都不变，所以它可以抗高浓冲击，可以具有更长的寿数和极好的稳定性。
该办法与传统的检测办法差异在于，检测元件作业于间歇脉冲供电状况，检测元件不随甲烷温度改变，只要反应环路中的脉冲频率与甲烷浓度呈正比联系。从微观的角度上看，单片机检测的是丈量元件上温度的上升速率，而传统办法则是检测元件上的绝对温度。归纳以上，所示作用杰出。
