催化燃烧传感器参数的定义

催化燃烧传感器参数的定

义

Prepared on 24 November 2020

催化燃烧传感器参数的定义(一)—供电方式和被测气种

2016-02-15 11:06:01

1. 供电方式(OperatingPrinciple)

定义：催化燃烧传感器因为是成对使用的，俗称黑白珠，因此，它也叫催化珠，催化珠是串联使用的，供电方式有恒电压和恒电流之分。多数催化珠是恒压使用的，但也有少量催化珠是恒流工作的。催化燃烧传感器功率一般较大，通常是几百毫瓦。催化燃烧传感器有一个特点，功率越大的催化珠，其长期稳定性也会相对较好，但缺点就是珠子太大，震动中容易断丝，下图1-1是催化颗粒原理图

图1-1催化颗粒原理图

问：给催化珠的供电电压误差要控制在多少

答：催化珠在出厂的时候都是经过严格配对的，也就是说检测元件“黑珠”和补偿元件“白珠”冷态电阻和工作热态电阻几乎是一模一样的。尽管如此，我们还是希望用户的供电电压一致性要好，供电电压尽量控制在3%以内，下图1-2是推荐操作电路。

图1-2

问：除了供电电压的误差，还有什么参数是供电芯片的比较重要的参数

答：温度漂移，或称温度系数。因为催化珠的输出电压随可燃气体浓度变化很微弱，基本上是

1%LEL的浓度变化只对应几百微伏。所以，如果供电芯片的温度系数过大，催化珠的电压输出就会有温度漂移，最终导致传感器的零点温度特性不是一条水平的直线。

问：在给催化珠上电的瞬间，催化珠会损坏吗

答：损坏的可能性是有的。当催化珠冷态的时候，电阻是工作状态时候的大约1/2。也就是说，当恒流工作的时候，每次上电，催化珠都会经受一次大电流的冲击，这像打开白炽灯的瞬间一样。白炽灯不是在开灯的瞬间最容易断丝吗

最近，有一些客户应用会在几分钟内让催化珠开关一次，从而导致催化珠损坏。因此，本人建议，在上电的短暂时间里，为催化珠做恒流上电、或做电压台阶式上电。

2. 被测气种(Gas Detected)

定义：催化燃烧传感器的标准被测气体是甲烷CH4，而且浓度范围为5%vol。当然，也有专门用于测乙炔的催化珠。除了CH4之外，绝大多数可燃气也是可以用催化珠检测的，例如：CO、H2、NH3、C2H6等等。上表是City的催化燃烧传感器CAT-16的交叉干扰表。但要注意，不同厂家的催化珠交叉干扰是不一样的，千万不要套用。

问：是不是所有的可燃气体都能够用催化燃烧传感器测呢

答：不是的。含有卤素的碳氢HC类有机物就会使催化珠中毒，卤素包括氟、氯、溴、碘。含有有机硅的挥发性气体也会使催化珠中毒，有机硅大量存在于工业环境，例如润滑油的挥发物。含有硫的气体也会使催化珠中毒，例如H2S和SO2。

问：如果没有会让催化珠中毒的元素，那是不是其他任何可燃气都能测呢

答：也不是这样。碳链长度超过4个碳的气体，用催化珠测量效果也不好。这涉及到一个失效的原因——积碳。因为催化珠上的催化剂是针对催化CH4而开发的，因此催化珠在催化碳链较长的可燃气时，催化活性可能会不够，从而造成碳粉堆积在催化珠上，造成灵敏度下降。另外，如果碳链过长，意味着气体的比重会比较大，这些气体在工业环境会贴着地面蔓延，而固定式仪表的表头通常是离地面30CM，气体可能会无法进入传感器，下图1-3为固定仪表。

图1-3

问：如果气体中含有卤素、有机硅、硫或长的碳链，用什么办法测呢

答：如果是这样的被测气体，那我推荐用红外原理的仪表来测量，例如NDIR原理的气体检测仪表。NDIR原理的仪表检测限比催化燃烧传感器更低，寿命长很多倍，不需要氧气参与，也永远不会中毒。如果被测气体比重比较大，我推荐采用泵吸式的采样方法，这样不仅相应速度快，而且检测限更低。

催化燃烧传感器参数的定义(二)—测量范围和工作电压

2016-02-15 09:52:45

3. 测量范围(MeasurementRange)

定义：一般说来，催化燃烧传感器的测量范围是100%LEL的甲烷CH4。当然，如果被测气体不是CH4，也有可能超过100%LEL或不到100%LEL。

问：100%LEL是什么意思

答：LEL(Low Explosion Level)是爆炸下限的意思，也就是说，当可燃气浓度在100%LEL以下的时候，气体即使用火点，也是不会爆炸的。如果浓度超过100%LEL，且有氧气和火花点燃，就会爆炸。甲烷的LEL是5%vol，即5%vol对应100%LEL。再举个换算的例子，50%LEL对应多少%vol呢简单地算一下，是%vol，即5%vol的一半。

问：当用测CH4的催化珠测其他可燃气体的时候，校正因子是如何计算的

答：校正因子(Relative Response或Correction Factor)都是实测的。CF和EC传感器的交叉干扰系数是类似的，计算方法也是类似的。一些品牌的催化珠会给出CF，如果不在这份清单中，也是可以测的，但需要自己做些实验来验证,下图1-1是一些气体对应的校正因子.

图1-1

问：如果可燃气浓度很低或很高，例如超过100%LEL之后，会发生什么呢

答：如果可燃气浓度很低，例如PPM级别的浓度，催化燃烧传感器是无法分辨的。因为过低的气体浓度产生的热量不足以改变催化珠的温度，催化珠的电阻也就不会改变，所以无法检测。如果可燃气超过100%LEL，催化珠的温度会过高，催化珠上的陶瓷材料会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。另外，如果是高浓度的HC类气体，催化剂会来不及催化，从而造成催化珠积碳，即一层碳粉堆积在催化珠表面，造成灵敏度降低。

4. 工作电压(OperationVoltage)

定义：催化珠能够正常工作的电压，电压是加在两个串联的催化珠之上的，这个电压有一个允许的范围。高于或低于允许的工作电压，催化珠都不能得到很好的性能。

问：如果供电电压低于工作电压，会发生什么

答：如果供电电压过低，那么催化珠的温度就不到催化剂能够正常工作的温度，导致其灵敏度会过低，甚至不会发生催化反应。另外，灵敏度还会随着温度的变化而变化，最终导致灵敏度的温度特性不好，下图1-2是推荐操作电路。

图1-2

问：如果供电电压高于工作电压，会发生什么

答：如果供电电压过高，那么催化珠上的多孔陶瓷会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。

问：如果采用脉冲式供电，需要注意些什么

答：首先，催化珠必须是为脉冲式供电而设计的，并且经过严格的测试，特别是高低温和有机硅抗毒实验；其次，脉冲式供电最好是恒流供电，因为过多的电流冲击会损坏催化珠。

催化燃烧传感器的定义（三）—灵敏度和工作温度范围

2016-02-15 09:48:55