文档介绍：目录
H2S气体传感器 2
1、H2S电化学传感器(Transducer 或 sensor) 2
2、H2S固体传感器 3
3、高灵敏光波导传感器检测H2S气体 2007、2012年 4
玻璃光波导的制备 4
检测H2S 的原理 5
4、基于红外激光光谱的开放式H2S气体传感器 6
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5、基于激光吸收光谱天然气脱硫中H2S检测系统研究 9
测量原理 9
系统设计 10
硫化氢吸收波长选择 10
Herriot多次反射吸收池 11
6、检测天然气中H2S气体浓度的光子带隙光纤传感器 11
气体的吸收原理 11
检测系统结构 11
7、差分吸收式光纤甲烷气体传感器的研究(也有检测硫化氢的,原理方法相同) 12
差分吸收光纤传感机理 12
差分吸收光纤传感器及其系统 14
试验及其结果 15
H2S气体传感器
畜牧业中会接触到包括H2S,CH4,NH3 等有毒有害气体,对动物及工作人员构成健康威胁。在工业中伴随重大灾难性事故的发生而排放的有毒有害废气,也会对人们的生命健康造成损害。H2S 是一种无色、易燃、有臭鸡蛋味的气体,作为一种剧毒性物质,对人体具有一定的危害性,因此监测H2S的浓度对人体健康有着重要意义。H2S传感器的设计涉及多方面技术,大部分H2S检测方法主要应用电分析技术。
传统的H2S 气体检测方法主要有碘量法、分光光度法、***量滴定法和电化学法等,但是存在灵敏度不高、费时费力,不适合现场实时快速检测。而传感器具有携带方便、响应快、灵敏度高、易微型化、能用于现场分析和监控等特点。气体传感器主要有半导体类传感器、质量类传感器、电化学类传感器和光学类传感器。其中光波导(Optical Waveguide ,OWG)传感器具有常规气体传感器无法比拟的灵敏度高、体积小、抗电磁干扰、便于集成等优点,在传感器领域中占有越来越重要的地位。
1、H2S电化学传感器(Transducer 或 sensor)
电化学传感器为三电极体系的H2S电化学气体传感器,主要包括电极、电解液和结构部件,其结构如图1所示。
电极包括工作电极、对电极和参比电极。H2S气体在工作电极上发生氧化反应,O2在对电极上发生还原反应,反应产生的电流与被分析气体的浓度成正比,因此可以定量检测气体浓度。参比电极不参与氧化或还原反应,可使工作电极保持一个稳定的电位,由于需要控制工作电极的电位,因此必须有一个能够控制电极电位的恒电位电路与之相匹配。电极反应过程如下:
(1) 工作电极为H2S+4H2O=H2SO4+8H++8e−;
(2) 对电极为8H++2O2+8e−=4H2O;
(3) 总反应为H2S+2O2=H2SO4。
电解液提供了一个离子迁移的环境,作为传感器电极之间的导体,电解液是非常重要的。由于电极在电解液环境中发生氧化还原反应,因此电解液会影响传感器的灵敏度。结构部件包括扩散孔、壳体、防尘膜等。从图1 中可以看出,H2S
气体需要通过毛细管扩散孔才能到达工作电极,故孔径的大小对气体的扩散速率有一定的影响。 mm,远大于气体分子的平均自由程(气体分子的平均自由程数量级为10−8—10−7 m),此时电解电流与温度之间的关系如下:
I = × 105D0T1/2nd2p1/(LP) (1)
式中,D0为在273 K, kPa 条件下的扩散系数;T为绝对温度;n为1 mol气体产生的电子数;d为毛细管的直径;L为毛细管的长度;p1/P 为体积百分比。
传感器灵敏度计算公式:灵敏度= (V气体− V空气)/N气体体积分数。
2、H2S固体传感器
SnO2/CuO系统是以SnO2为基体的传感器。
SnO2薄膜呈N型,Cu O膜呈P型,SnO2/ Cu O 粒子间PN结的形成引起空间耗尽层的出现,从而使SnO2/Cu O系统呈现高阻然而,当SnO2/Cu O系统暴露于H2S气氛中时,Cu O 就被转化成Cu S,Cu S在本性上显示金属性,是导电的,电子很容易从Cu S 流向SnO2,反过来也一样,因为它们之间不存势垒。这种电子流导致了电阻的降低,电导的增强。化学反应式为:
Cu O + H2S → Cu S + H2O ( 1 )
再暴露于空气中,则Cu S 又被氧化为Cu O,其反应如下:
Cu O + ( 3 / 2 ) O2 → Cu O + SO2 ( 2 )
图3 PN结
图4 PN结
掺入Cu O的烧结型SnO2元件,对H2S气体不仅