張海慶

摘要：針對催化甲烷傳感器老化方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)一種新的老化方法，將催化甲烷傳感器進(jìn)行分開老化，老化后再組裝進(jìn)行測試，而且在老化的過程中還可剔除不合格元件，進(jìn)一步保障產(chǎn)品可靠穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案不僅能夠確保對產(chǎn)品可靠性的要求，而且還能減少人力物力、提高生產(chǎn)效率等的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：甲烷； 老化；傳感器

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）13-0265-02

在電子類行業(yè)，電子元器件通過生產(chǎn)制造后，形成了完整的產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中電子元器件隨時(shí)可能因?yàn)楦鞣N原因而出現(xiàn)故障，老化就是讓產(chǎn)品在出廠前，將缺陷提前暴露出來，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性。如果不進(jìn)行老化，很多產(chǎn)品由于器件和制造的復(fù)雜性等原因在使用中會(huì)產(chǎn)生很多問題。在開始使用后的幾小時(shí)到幾天之內(nèi)出現(xiàn)的缺陷稱為早期故障，基本上所有產(chǎn)品在出廠前，均需要先進(jìn)行老化后再測試，老化測試之后的器件基本上要求100%消除早期故障，通過在老化測試進(jìn)一步以保證產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。

瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的大敵，曾多次給煤礦造成過重大損失[1]。為避免事故發(fā)生，在煤礦環(huán)境氣體監(jiān)測中，瓦斯監(jiān)測是重中之重。目前，監(jiān)測瓦斯氣體設(shè)備根據(jù)檢測原理，主要可分催化、熱導(dǎo)、紅外、激光四種。催化甲烷傳感器在礦井中是應(yīng)用最廣泛，由于其檢測原理及組成材料的特殊性，所以催化甲烷傳感器的老化需要在通氣的情況下進(jìn)行[2]。催化甲烷傳感器常規(guī)老化組裝整機(jī)后在通電的情況下，每天通固定濃度的標(biāo)準(zhǔn)甲烷氣體進(jìn)行老化，在老化過程中，甲烷氣體自然擴(kuò)散排除，所以老化過程時(shí)間較長，而且擴(kuò)散的氣體存在安全隱患。針對此現(xiàn)象，本文提出對催化甲烷傳感器老化方法進(jìn)行研究。

1 催化甲烷傳感器檢測基本原理

催化甲烷傳感器檢測元件組成主要由測量元件黑元件和補(bǔ)償元件白元件。測量元件用來監(jiān)測甲烷濃度，由載體和催化劑構(gòu)成。補(bǔ)償元件無催化劑，主要是由鉑絲組成的骨架。補(bǔ)償元件處在與測量元件相同的工作環(huán)境中，起到對環(huán)境變化的補(bǔ)償作用[3]。

催化甲烷傳感器測量原理是當(dāng)催化檢測元件處于甲烷氣體環(huán)境時(shí)，測量元件在與甲烷接觸，表面發(fā)生無焰燃燒釋放熱量，燃燒的熱量使鉑絲線圈的溫度升高，線圈的電阻值就上升。補(bǔ)償元件與測量元件結(jié)構(gòu)相同，但是補(bǔ)償元件上沒有催化劑，在甲烷氣體環(huán)境下不發(fā)生反應(yīng)其溫度不變，測量元件與補(bǔ)償元件組成惠斯通電橋，通過電阻值變化，進(jìn)一步導(dǎo)致惠斯通電橋失去平衡，通過采集輸出電壓信號(hào)，計(jì)算出甲烷濃度。甲烷的濃度跟催化元件的電橋電壓變化成比例，從而測得甲烷的濃度。催化反應(yīng)的方程式如下。

CH4+2O2→CO2+2H2O+Q（注：Q代表釋放的熱量）

2 催化甲烷傳感器老化方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)老化方案是將傳感器電路板和催化元件進(jìn)行分開老化，催化元件批量進(jìn)行老化，電路板采用常規(guī)高溫老化，兩部分老化后再進(jìn)行整機(jī)測試。

電路板老化采用常規(guī)老化方式進(jìn)行，主要包括PCB板及元器件，將其放入老化柜，升高溫度經(jīng)過一段時(shí)間后將電路板取出來進(jìn)行測試。

催化元件老化采用催化元件老化柜進(jìn)行批量老化，使用時(shí)通過計(jì)算機(jī)對老化柜進(jìn)行設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣、篩選出不合格的載體催化元件和排氣等操作，不僅能達(dá)到快速批量老化，而且在老化的過程中還可以剔除不滿足條件的催化元件。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)本文的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建，將傳感器電路板和催化元件分開老化，老化后進(jìn)行組裝，組裝完成后再進(jìn)行傳感器連續(xù)15天的工作穩(wěn)定性測試，驗(yàn)證該方案可行性。

電路板老化采用常規(guī)的老化方法，催化元件老化采用老化柜進(jìn)行批量老化。催化元件老化柜由密封柜，采集模塊及計(jì)算機(jī)等組成，使用時(shí)通過計(jì)算機(jī)對老化密封柜內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行集中控制，密封柜內(nèi)裝有一塊控制板和多塊采集板，每塊采集板上通過采集被老化探頭的電壓信號(hào)和一個(gè)催化元件信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對催化甲烷元件老化及參數(shù)采集功能，其中控制板完成老化柜的攪拌風(fēng)扇、進(jìn)氣閥、出氣閥的控制等，結(jié)構(gòu)框圖如圖2。

催化元件老化柜通過串口信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)對催化元件分析篩選功能和自動(dòng)控制控制命令，每天通入老化柜0.3%～0.8濃度的甲烷氣體，使其自行老化，待固定一段時(shí)間后，打開柜門排除氣體即可，批量老化后，剔除不合格催化元件，組裝樣機(jī)完成后，抽取其中10臺(tái)進(jìn)行15天穩(wěn)定性測試，通0.5%，1.5%，2%三種標(biāo)準(zhǔn)甲烷氣體，連續(xù)15天穩(wěn)定性測試，數(shù)據(jù)分布趨勢如圖所示，X方向?yàn)闇y試天數(shù)，Y方向測試顯示值，不同測點(diǎn)形狀代表傳感器編號(hào)。

本次實(shí)驗(yàn)是將電路板與催化元件進(jìn)行分開老化，因?yàn)榇呋匣芷谳^長，利用催化元件老化期間，對電路板進(jìn)行焊接及老化操作。催化元件老化完成后，組裝樣機(jī)進(jìn)行測試。從測試數(shù)據(jù)分布圖上可知，15天的穩(wěn)定性測試基本誤差均滿足行標(biāo)要求[4]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方案不僅能夠節(jié)約時(shí)間，還可節(jié)省人力物力，進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性的要求。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的方案不僅克服了傳統(tǒng)老化方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下的缺點(diǎn)，還可在老化過程中剔除不合格元件，進(jìn)一步保障產(chǎn)品可靠穩(wěn)定性，具有減少人力物力、提高生產(chǎn)效率等的優(yōu)點(diǎn)，提高了生產(chǎn)效率，該裝置已實(shí)際應(yīng)用在催化甲烷氣體傳感器的生產(chǎn)中，取得了很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 童敏明.催化傳感器的研究與應(yīng)用技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

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[4]《AQ6202-2006煤礦甲烷檢測用載體催化元件》