便携式气体检测仪常见传感器的检测原理有催化燃烧式、电化学式、pid光离子式、红外式、半导体式等等。不同的传感器适用于不同的检测仪气体或工况。下面艾伊科技针对便携式气体检测仪原理进行一一讲解各自区别。
一、催化燃烧式
催化燃烧式传感器是白金电阻表面制备耐高温催化剂层,一定温度下,可燃性气体其表面催化燃烧,燃烧是白金电阻温度升高,电阻变化,变化值是可燃性气体浓度函数。
特点:
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凡是可以燃烧,都能够检测;凡是不能燃烧,传感器都没有任何响应。当然这一句有很多例外,总来讲上是成立。
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催化燃烧式气体传感器输出的电信号与被测可燃气体浓度成正比,具有响应快速,寿命较长,受温湿度影响小,价格低,灵敏度高的优点,是可燃气检测的主导位传感器。
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它只能检测低于爆炸下限的可燃气浓度,气体浓度过高或长时间接触低浓度气体都会造成传感器的灵敏度大幅度下降或损坏,正常情况下每半年须用标准气体对传感器进行一次校准。
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当环境中存在含硅、氯、硫的化合物时,传感器会发生中毒现象,使检测的灵敏度严重降低甚至造成传感器失效。
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它检测的可燃气浓度值是环境中各种可燃气浓度的综合值,同时这个燃烧反应是一个需要有氧气参加的反应,即被检测环境中的氧气含量不能太低,当氧气含量低于16%时它的检测值就会偏低,而在100%可燃气浓度下,这种仪器的读数将是0%LEL。这也是为什么要求在密闭空间测量中必须同时测量氧气和LEL的原因。
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催化燃烧传感器可以对大部分的可燃气体产生响应。特定气体在测量桥上燃烧产生的热量就反映了它的燃烧热,而后者会随各类物质性质改变。所以,不同物质即使在相同浓度下也会产生不同的仪器读数。通常,较大的分子会产生更多的燃烧热。另一方面,较小的分子更容易进入测量头的烧结结构进行反应。催化燃烧式传感器不适合于检测“较重的”或者长链的烷烃,特别是高闪点的物质。此时使用光离子化检测器可能是一个好的办法。
二、电化学式
电化学传感器通过电解液与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。传感器中有三个电极包括工作电极、参比电极和对电极,是由对被测气体具有催化作用的材料再加上电解液而制成的;它是利用待测气体在电解液中工作电极上的电化学氧化过程,通过电子线路将电解液里的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位,在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化,由于氧在氧化和还原反应时所产生的电流与其浓度成正比,这样通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度了。
特点:
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不同电化学气体传感器中所包含的不同成份决定了它可与相应的毒气发生反应,因此电化学传感器的检测对象是一一对应的。
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电化学传感器受压力变化的影响极小。然而,由于传感器内的压差可能损坏传感器,因此整个传感器必须保持相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感,因此通常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。
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电化学传感器的寿命取决于几个因素,包括要检测的气体和传感器的使用环境条件。一般而言,规定的预期寿命为一至三年。在实际中,预期寿命主要取决于传感器使用中所暴露的气体总量以及其它环境条件,如温度、压力和湿度。
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不同气体可能会对同一电解液均发生反应,这就是气体干扰现象。虽然电化学传感器为单一检测,但需查阅气体交叉干扰表看现场是否有干扰性气体。
三、pid光离子式
光离子气体传感器(Photo Ionization Detector,又被称为PID传感器)是一种具有极高灵敏度,用途广泛的检测器,可以检测从极低浓度的10ppb到较高浓度的10000ppm(1%)的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOC)和其它有毒气体。光离子气体传感器(PID)是采用光离子电离气体的原理进行气体检测的。 具体的说,就是使用离子灯产生的紫外光对目标气体进行照射/轰击,目标气体吸收了足够的紫外光能量后就会被电离,通过检测气体电离后产生的微小电流,即可检测出目标气体的浓度。
特点:
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光离子气体传感器(PID)对大多数有机物可产生响应信号。
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绝大多数空气成分(N2、O2和CO2)的光离子能量都高于离子灯所能提供的能量,所以空气的成分是不会被检测到的。因此,光离子气体传感器(PID)非常适合用来检测环境气体中的有机挥发物(VOCs),而且不受空气的干扰,检测精度可以达到ppb级别。
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PID可测量的物质范围:(1)PID可以检测大多数有机化合物:混合物、碳类化合物。具体包括:有一个苯环的芳香族化合物包括苯,甲苯,乙苯,二甲苯、酮和带一个羟基的醛类化合物包括丙酮,甲基酮和乙醛、胺和碳氨及氮氨类化合物如二乙基胺、卤代烃类化合物如三氯乙烯,全氯乙烯、硫化物如硫醇类,磺化物、不饱和链烃如丁二烯,异丁烯、醇类如异丙醇,乙醇、饱和链烃如丁烷,辛烷(2)PID无法检测的物质:辐射、空气(氮气,氧气,二氧化碳,水蒸汽)、有毒气体(一氧化碳,氰化氢,二氧化硫)、天然气(甲烷,乙烷)、酸类气体(盐酸,氢氟酸,硝酸)其它氟化物,臭氧、难挥发物:多氯联苯,过氧化氢(PCBs),油脂。
四、红外式
非色散红外原理NDIR传感器是利用比尔-朗格红外吸收定律,即不同气体对特定波长的光有吸收,吸收的强度和气体的浓度成正比来实现检测。它是应用滤光片把红外光分成所需要的一个很小波段的光谱线,被检测的气体对这个很小波段的光谱线吸收。这样的传感器一般包括:一个红外发射光源、光通路(吸收区)、2个滤光片分光(1个检测被测气体需要的光谱波段、另1个作为不被被测气体吸收的参比光谱波段)和接收转换器几个部分。
特点:
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可检测co2、ch4等气体。
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红外气体传感器和催化燃烧传感器在气体检测仪行业都是用来检测可燃气体。两者的区别在于催化燃烧因为能检测各类可燃气体而被广泛应用,而红外传感器只能用于检测仪烷烃类气体,因此,在石化工厂、天然气管道、煤矿等可能出现烷烃类气体的场合更适合使用采用红外气体传感器的气体检测仪来检测。
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红外气体传感器检测原理是采用物理光学进行气体浓度检测,测量范围相对来说更大,不仅可以检测低浓度烷烃气体,更可以检测高浓度的烷烃类可燃气体。
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对被测环境的氧气浓度没有要求,在缺氧的环境中也能正常工作,比如输气管道这种氧气含量过低而无法适用催化燃烧传感器的场所。
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抗干扰性更强,不会受到硫化物等气体的影响而导致中毒,且红外气体传感器的使用寿命取决于光源的寿命,使用寿命更长。
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缺点:价格极为昂贵,无法检测单质气体,容易受极端因素影响(机械振动和热变化、压力变化、水汽冷凝)。
五、半导体式
半导体式气体传感器是利用一些金属氧化物半导体材料,一定温度下,电导率环境气体成份变化而变化原理制造。比如,酒精传感器,就是利用二氧化锡高温下遇到酒精气体时,电阻会急剧减小原理制备。
特点:
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半导体式气体传感器可以有效用于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体检测。
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这种传感器成本低廉,大量应用于民用气体检测需求。
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稳定性较差,受环境影响较大;尤其每一种传感器选择性都唯一,不宜应用于计量准确要求场所。
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