可燃气体和有毒气体常用传感器原理
传感器寿命:电化学原理大于2-3年,氧气2年或6年可选,红外原理5-10年,催化燃烧3年、热导5年
目前,可燃气体探测器常用的传感器有:催化燃烧传感器、半导体传感器;
有毒气体检测仪常用的传感器有:电化学传感器、红外传感器和PID光离子传感器。
下面就为大家一一介绍着几种传感器各自的工作原理和优缺点
催化燃烧传感器
催化燃烧式传感器是可燃气体探测器常用的传感器类型,它的工作原理是基于一个惠斯通电桥的结构。在它的测量桥上涂有催化物质,它在整个的测量过程中是不被消耗的。即使在空气中气体和蒸气浓度远远低于LEL(爆炸浓度下限)时,它们也会在这个桥上发生催化燃烧反应。测量时,要在参比和测量电桥上施加电压使之加热从而发生催化反应,这个温度大约是500℃或者更高。正常情况下,电桥是平衡的,V1 = V2,输出为零。如果有可燃气体存在,它的氧化过程(无焰燃烧)会使测量桥被加热,温度增加,而此时参比桥温度不变。电路会测出它们之间的电阻变化,V2 > V1,输出的电压同待测气体的浓度成正比。
催化燃烧式传感器的优点: 寿命较长(一般3年)、线性度好、温度范围宽、适用于LEL(可燃气体爆炸浓度下限)之下的检测。
催化燃烧式传感器的缺点: 需有氧检测、受环境的影响较大(中毒或抑制),需定期校正。
半导体传感器 半导体传感器也是可燃气体探测器和有毒气体检测仪常用的传感器。它的全称是“金属氧化物半导体传感器(MOS)”,它既可以用于检测PPM级的有毒气体也可以用于检测百分比浓度的易燃易爆气体。
MOS传感器由一个金属半导体(比如SnO2)构成,在清洁空气中,它的电导很低,而遇到还原性气体,比如一氧化碳或可燃性气体,传感元件的电导会增加,从而引起电流变化触发报警电路。通过控制传感元件的温度,可以对不同的物质有一定的选择性。
半导体传感器的优点: 价格便宜、灵敏度高、能检测到ppm。
半导体传感器的缺点: 线性度差,只能作为定性的检测;受温湿度影响较大。
电化学传感器 电化学传感器常用于有毒气体检测仪,一般由三极(传感电极、计数电极、参比电极)及电解液构成。被测气体在传感电极发生氧化还原反应,计数电极相对于参比电极产生正、负电位差,电流的变化与被测气体浓度成正比,就形成了较宽的线性测量范围。
电化学传感器的优点: 体积小、耗电量小、性能稳定、线性度好、选择性好、分辨率可以达到0.1ppm。
电化学传感器的缺点: 寿命较短(一般为1-2年)且一出厂就开始工作、受温湿度影响较大、抗干扰能力差。
红外传感器 红外传感器是基于特定的分子只能吸收特定频率的红外辐射,当红外辐射通过传感腔中的特定化合物时,只有那些频率相符的红外辐射被吸收,从而产生特征吸收带,得到一个红外谱图,就像“指纹”一样,可以用来确定未知的化合物。表示吸收的有两种方式:透射比和吸收比,它们的关系是:吸收比 = log (1/透过比)。红外幅射包含很广的光谱含量。当该幅射与气体分子相互作用时,部分能量的频率与气体分子的自振频率相同,这些能量会被吸收,而剩余的能量会被透射。由于气体分子吸收该幅射,分子会获取能量并产生更为强烈的振动。这种振动会导致气体分子温度上升,温度上升与气体浓度成正比,检测器会检测到这种温度上升。另一方面,气体分子在特定波长吸收的幅射会导致源能量强度下降。这种幅射能量下降也会作为信号被检测。
红外传感器的优点: 能检测CO2、氟里昴等催化传感器无法检测的物质;寿命长,能达到十年(取决于红外光源);允许无氧工作,不会中毒、无需样正,适用于地下环境监测。
红外传感器的缺点: 结构复杂、价格较贵、功耗较大。
光离子传感器(PID) 光离子传感器(PID)是利用高能紫外灯发射紫外线作为能源,移除目标气体分子的一粒电子产生带电荷的碎片(离子)。此过程产生与目标气体浓度成比例的电流。 向指定的分子移除一粒电子的能量称为离化电位 (或 IP)。紫外灯所发出的能量必须高于分子的 IP,离化检测器才能检测到此物质的存在。
光离子传感器(PID)优点: 灵敏度高、分辨率高,可以检测PPM级的VOC及有毒气体。适用于检测如煤油等很难扩散通过LEL传感器的防火屏蔽金属网等的 “较重的”碳氢化合物。
光离子传感器(PID)缺点: 价格昂贵、受温湿度影响大、易被污染 不能检测:放射性气体,空气(N2, O2, CO2, H2O),常见毒气(CO, HCN, SO2),天然气(甲烷、乙烷、丙烷等),酸性气体(HCl, HF, HNO3),氟力昂气体,臭氧,非挥发性气体等。
可燃气体检测的是C-H链的热值,检测的是混合物,其原理大部分采用催化燃烧,部分有半导体的,还有红外原理的;毒性探测器的选择性较好,针对专一气体,如一氧化碳、硫化氢等,一般是电化学传感器。 有毒气体报警器一般情况下检测毒气,以PPM为计量单位 可燃气体报警器检测可燃气体,以%LEL 为计量单位
①核心部件气体传感器的不同:可燃气体报警器使用的是催化燃烧式气体传感器;有毒气体报警器使用的是电化学式有毒气体专用传感器。 ②显示浓度单位不同:可燃气体报警器显示单位为%LEL;有毒气体报警器显示单位为PPM。 ③检测的空间范围不同:可燃气体报报警器检测半径为7.5m左右,有毒气体报警器检测半径在1.5m左右。
在规定条件下, 传感器校准 曲线与 拟合直线间的(ΔYmax)与满 量程输出(Y)的百分比,称为线性度(线性度又称为“ 非线性误差”),该值越小,表明线性特性越好