《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》是賈柏青於2003年12月1日申請的專利，該專利的申請號為2003101064727，公布號為CN1547001，公布日為2004年11月17日，發明人是賈柏青，該發明涉及採用載體催化元件檢測可燃氣體濃度的技術。
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》所述檢測方法是：將一個催化元件和一個參比元件接入恆流迴路中，用比較器對其輸出端的電壓進行比較，將比較結果輸出到一個信號處理裝置中，檢測前將兩個檢測原件的輸出端電壓初始值調定平衡；當甲烷濃度升高時，比較器將不平衡的信號輸出到信號處理裝置中，再由信號處理裝置輸出一個開槽信號，由信號處理裝置對輸出開槽信號的頻率進行測定，根據該頻率的數值計算出檢測環境中的甲烷濃度。
2007年，《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：甲烷濃度檢測方法及檢測裝置
- 公布號：CN1547001
- 公布日：2004年11月17日
- 申請號：2003101064727
- 申請日：2003年12月1日
- 申請人：賈柏青
- 地址：江蘇省鎮江市谷陽北路6號
- 發明人：賈柏青
- 分類號：G01N27/16、G05B7/02
- 代理機構：鎮江市京口科新專利事務所
- 類別：發明專利
- 代理人：夏哲華
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2003年12月前已有的採用催化元件檢測甲烷濃度的方法及裝置，其檢測原理是將塗有催化劑（如氧化鈀黑）的催化元件作為檢測元件，對催化元件和一個未塗催化劑的參比元件通以檢測電流，隨著甲烷濃度的上升，由於催化劑的作用，使催化元件的溫度和電阻按照一定的規律上升，通過檢測電路對比催化元件和參比元件的溫度差來獲得濃度信號。這種方法及裝置在使用中，若催化元件溫度過高將會使催化劑的氧化反應加劇，從而導致催化元件的損壞。為防止這種情況的發生，傳統的辦法是當甲烷濃度超過一定值時，切斷催化元件的電源，以防止催化元件的進一步升溫，經過一定延時後（一般為30秒～90秒），再重新供電，如果甲烷濃度在正常檢測範圍，則繼續檢測工作，如果甲烷濃度超過規定值，則再次斷電保護，如此反覆。上述方法及裝置能夠檢測的甲烷濃度範圍較小，一般在4％以下。此外，當實際檢測過程上，一旦甲烷的濃度大於6％，即使此時切斷電源，催化反應還會維持“自燃”，這種“自燃”的能量來源於氧氣與甲烷的反應，單純的切斷電源已無法撲滅這種“自燃”，因而在高濃度甲烷環境下，危險能量的觸發也將最終導致催化元件的損壞。正是由於上述原因，使用傳統方法的檢測裝置在使用過程中催化元件的使用壽命很低，損壞率極高。
發明內容
專利目的
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》所要解決的技術問題是，提供一種能夠增大甲烷濃度的檢測範圍、避免檢測元件在較高濃度下損壞、延長檢測元件使用壽命的甲烷濃度檢測方法及檢測裝置。
技術方案
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》的檢測方法如下：
a.設定兩個參數相同的檢測元件，其中一個表面塗有催化劑，作為催化元件，另一個不塗催化劑，作為參比元件；
b.將兩個檢測原件接入恆流迴路中，用一個比較器對兩個檢測元件輸出端的電壓進行比較，並將比較結果輸出到一個信號處理裝置（如單片機）中，檢測前將兩個檢測原件的輸出端電壓初始值調定平衡；
c.如果催化元件因甲烷濃度升高而引起催化元件溫度升高到一個設定值（該設定值低於催化反應“自燃”的臨界溫度）時，將引起催化元件電阻的升高和元件輸出端電壓的變化，這時由比較器將不平衡的信號輸出到信號處理裝置中，再由信號處理裝置輸出一個能夠使催化元件供電在特定時長t內（如2毫秒）斷開的控制信號（稱之為開槽信號），在經過該特定時長後，催化元件恢復供電，如此循環重複上述過程；
d.由信號處理裝置對輸出開槽信號的頻率進行測定，根據該頻率的數值計算出檢測環境中的甲烷濃度。
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》的檢測裝置中，包括有依次串接在恆流電源正負極之間的一個塗有催化劑的催化元件和一個未塗催化劑的參比元件，還有一個電位器RW連線在電源正負極之間，催化元件的輸出端B連線到一個比較器的正極輸入端，電位器的調節端E連線在比較器的負極輸入端，比較器的輸出端連線到一個CPU電路的信號輸入端C，CPU電路有一個脈衝信號輸出端F，該脈衝信號輸出端F連線到一個電子開關BG的控制端，該電子開關BG產並聯在催化元件的兩端。
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》的工作原理是：首先用催化元件與參比元件搭建一個平衡的檢測橋路；當催化元件因甲烷濃度的升高而升溫時，由於電阻的變化而使橋路失衡；當溫度達到設定值時，由信號處理裝置輸出具有一定時長t的開槽信號，使催化元件瞬時斷電，從而其溫度回落，迫使檢測橋路回到平衡狀態；開槽信號停止後，催化元件恢復供電，溫度再次升高，直至信號處理裝置再次輸出開槽信號，如此反覆循環。
改善效果
檢測環境中的甲烷濃度越高，催化反應越強烈，溫升速度越快，則輸出開槽信號的頻率越高。經實驗驗證，在甲烷濃度為10％以下時，被測空氣中的甲烷濃度與開槽信號的輸出頻率為正比關係，因而利用《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》的方法可使甲烷濃度的檢測範圍擴大至10％。此外，由於催化元件的溫度在檢測過程中僅在極小的範圍內作鋸齒形波動，巨觀上是工作在“自燃”臨界溫度以下的近似恆溫的狀態下，因而高濃度的甲烷不會損傷催化元件，延長了催化元件的使用壽命。
附圖說明
圖1是基於《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》方法的檢測裝置實施例的電路原理圖；
圖2是該發明實施例中催化元件的電壓波形圖；
圖3是該發明實施例中比較器輸出的觸發脈衝波形圖；
圖4是傳統檢測方法及檢測裝置中催化元件溫度與甲烷濃度的關係曲線圖；
圖5是該發明實施例中催化元件溫度與甲烷濃度的關係曲線圖。
權利要求
1、一種甲烷濃度檢測方法，其特徵是：該方法中：
a.設定兩個參數相同的檢測元件，其中一個表面塗有催化劑，作為催化元件，另一個不塗催化劑，作為參比元件；
b.將兩個檢測原件接入恆流迴路中，用一個比較器對兩個檢測元件輸出端的電壓進行比較，並將比較結果輸出到一個信號處理裝置中，檢測前將兩個檢測原件的輸出端電壓初始值調定平衡；
c.如果催化元件因甲烷濃度升高而引起催化元件溫度升高到一個設定值時，將引起催化元件電阻的升高和元件輸出端電壓的變化，這時由比較器將不平衡的信號輸出到信號處理裝置中，再由信號處理裝置輸出一個能夠使催化元件的供電在特定時長t內斷開的控制信號（稱之為開槽信號），在經過該特定時長後，催化元件恢復供電，如此循環重複上述過程；
d.由信號處理裝置對輸出開槽信號的頻率進行測定，根據該頻率的數值計算出檢測環境中的甲烷濃度。
2、一種甲烷濃度檢測裝置，其特徵是：它包括有依次串接在恆流電源正負極之間的一個塗有催化劑的催化元件（1）和一個未塗催化劑的參比元件（2），還有一個電位器RW連線在電源正負極之間，催化元件的輸出端B連線到一個比較器的正極輸入端，電位器的調節端E連線在比較器的負極輸入端，比較器的輸出端連線到一個CPU電路的信號輸入端C，CPU電路有一個脈衝信號輸出端F，該脈衝信號輸出端F連線到一個電子開關BG的控制端，該電子開關BG產並聯在催化元件的兩端，所述CPU電路為一個能夠接收比較器輸出的不平衡信號，並能夠發出使催化元件的供電斷開的控制信號，同時能夠對發出信號的頻率進行測定的信號處理裝置。
實施方式
《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》的實施例採用基於圖1原理的電路，電路中的催化元件1和參比元件2與傳統檢測方法中的檢測元件相同，2003年12月前已有產品中的這兩個檢測元件一般為一個一體化的產品，其電阻隨溫度升高而增大，催化元件表面塗有催化劑氧化鈀黑，檢測迴路為150毫安的恆流電源電路，信號處理裝置採用一個CPU電路，與催化元件並聯的電子開關BG為一個NMOS電晶體或NPN電晶體，控制電子開關的開槽信號為t＝2毫秒的脈衝信號。
該發明的裝置在一定濃度的甲烷氣體中工作時，其比較器輸出的觸發脈衝波形如圖3所示。催化元件上的電壓則如圖2所示，與傳統檢測方法中催化元件上的直流電不同，該電壓為間斷的直流脈衝電壓。
圖4和圖5則分別顯示了傳統檢測方法及裝置與該發明方法及裝置中催化元件溫度與甲烷濃度的關係曲線。由圖中可看出，傳統的檢測方法及裝置在工作過程中，在一定的甲烷濃度範圍內催化元件的溫度不斷升高；而要該發明的方法及裝置在工作過程中，催化元件的溫度在巨觀上為恆溫。
榮譽表彰
2007年，《甲烷濃度檢測方法及檢測裝置》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
