可燃气体和有毒气体常用传感器原理

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