气体探测器的选用

气体探测器的选用

气体探测器的主要作用是有泄露或危险将要发生时，提醒有关人员采取相关措施保护在现场工作的人员，生产设备的安全运转以及周围环境。如果你能正确地选择所使用的探测器，你将使它们表现得更好。目前有许多种气体探测技术可帮助今天的工业来保护人类和生产，当然，每一种技术都有优点和缺点。从以下最流行的技术中我们将看出没有单一“最好的方法”，而只有根据你的实际情况由多种技术组合成的最好的气体探测系统。

气体探测器主要是由传感器和相关电路组成。传感器是整个探测器的关键部位，它是决定其可靠性的重要因素之一。目前有以下几种气体探测技术：电化学技术，催化燃烧技术，化学纸带技术，固态金属氧化物技术，红外技术, 以及光电离技术等等。

电化学技术与催化燃烧技术

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；测量头可测量反应所产生的电流并将其转换成气体浓度值(PPM或PPB)。催化传感器在涂有催化剂的小球上“无焰燃烧”可燃性气体；测量头可测量电阻的变化并通过A/D转换，显示变化相应的读数。一般以爆炸下限作为满量程。

由于电化学型和催化燃烧型测量头相对较低的成本，它们通常被用于“源点”(即泄漏有可能发生的地方)处的测量。因而对泄漏的反应迅速并可连续探测。另外，由于没有可移动部件，所以不会造成机械故障。

但是，这两种类型的传感器也有缺点：一些气体传感器不但对与之相应的气体（即它们按照设计应该反应的气体）反应，而且对其他气体（干扰气体）也发生反应，因此有必要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在有可能有干扰气体存在的地方。传感器需要定期标定，通常为三个月一次（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）；传感器在使用1到3年后通常需要更换（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）。另外，有些品牌的传感器使用的是电解溶液，这就需要定期填充电解液。

化学纸带技术

化学纸带技术是用经过化学浸泡的纸带去探测有毒气体。这种纸带非常象石蕊试纸当遇到某种相应的气体时会改变颜色；纸带机通过光电管测量，分析纸带颜色的变化，并将其转换成气体浓度值。

这种系统的优点是，作为颜色变化反应的结果，纸带机提供的是气体泄漏的物理证据（相反,电化学型，催化燃烧型，固态金属氧化物型，和红外型测量头仅仅输出4－20mA的信号）。特别是它们也受干扰气体的影响，但要比电化学型，固态金属氧化物型的影响小，因此比它们更具专一性。另外，纸带机比电化学型能探测更多的气体。

纸带机的缺点是：它们只能用于有毒气体的探测而不能探测象氢气等的可燃性气体。由于纸带机价格昂贵，所以通常被置于中心位置并通过采样管与各个测量点相连；每个测量点的气样被依次泵吸过来。因此在气体泄漏和探测之间存在着显著的时间滞后现象，而且依次泵吸

可导致探测仪表忽略一些气体泄漏。另外，活泼气体（象HF，Cl2，HCl，和NH3）很容易被吸附到采样管上而导致探测仪表无法“看见”气体泄漏。机械故障也总是纸带机的一个问题（纸盒驱动轧住了，光学镜头脏了，泵坏了，过滤器堵塞了以及流量不稳定），所以需要定期的预防性维护。光学系统的定期标定也是必要的。制造商建议每半年要更换一次纸带，虽然这是一个简单的过程，但纸带的购买和处理确是十分昂贵的。

固态金属氧化物技术

固态金属氧化物传感器是由金属氧化物（通常为氧化锡）制成的，通过改变电阻来反应气体的存在；测量头测量电阻的变化并将其转换为浓度。

固态金属氧化物传感器的优点是：它们有很长的寿命，通常为10年。它们能探测的气体范围非常广，甚至包括电化学型和纸带机所不能探测的气体。因为它们相当便宜，所以通常被用于“源点”处的探测，而且对泄漏的反应迅速并可连续探测。它们没有可导致机械故障的可移动部件。

虽然固态金属氧化物传感器能够探测很多种气体且灵敏度高，但是它们的选择性很差，因此“误报警”的机率要明显高于其他技术。另外，当它们不暴露于被探测气体一段时间后，固态金属氧化物传感器将被氧化并进入“睡眠”状态，这意味着它们对真正的气体泄漏不发生反应。而且固态金属氧化物传感器提供的是非线性输出，因此要比具有线性输出的电化学传感器的标定困难的多，所需时间也长。

红外技术

傅立叶变换型红外（FTIR）仪表

傅立叶变换型红外（FTIR）仪表是利用分光光度技术探测气体的。当红外光通过样气时被样气吸收，该仪表通过分析其吸收光谱来决定它的组成。

到目前为止，毫无疑问FTIR在通常的应用中是最精确的气体技术，它具有良好的灵敏度和极低的误报警。没有消耗备件，因此后期维护费用远远低于其他技术。但是，由于价格昂贵，FTIR通常被置于中心位置并通过采样管与各个测量点相连；每个测量点的气样被依次泵吸过来。因此在气体泄漏和探测之间存在着显著的时间滞后现象。

另外，象纸带机一样，活泼气体（象HF，Cl2，HCl，和NH3）很容易被吸附到采样管上而导致探测仪表无法“看见”气体泄漏。机械故障也是FTIR仪表的一个问题－旋转光闸损耗或轧住了，泵坏了。

两波长红外吸收技术

两波长红外吸收仪表是根据碳氢化合物的气体和蒸气在电磁光谱中的红外区域可吸收一定波长红外能量的原理制成的。所谓两波长，即参考波长，碳氢化合物在此波长不吸收红外能量；测量波长，碳氢化合物在此波长强烈吸收红外能量。如果有碳氢化合物在测量区域内，那么在测量检波器上测到的红外能量将低于参考检波器上的。仪表通过测量两者的差来给出

碳氢化合物气体和蒸气的浓度。

它是在FTIR技术－分析¤实验室技术的基础上发展起来的，更适合于职业防护和工作现场的监测。相比于催化燃烧型，它反应速度极快；没有催化燃烧型的中毒现象；准确度不受碳氢化合物气流速度的影响；测量范围最低0－1000ppm，最高可达0 -100%v/v；由于它在测量中不需要氧气¤空气，所以可应用于惰性气体环境。

它通过使用不可移动部件，可不受振动和冲击的影响；使用防尘罩，防溅罩和镜面加热技术，使之可用于十分的恶劣环境；非损耗型电子循环红外光源，寿命至少有4年；除灯外，所有部件无老化现象；测量头通过定期自检，具有自动报告故障的特性；标定可每6个月进行一次；因此比FTIR技术显著降低了后期维护费用并降低了误报警的可能性。

由于红外波长的限制，它只适用于具有碳－氢键的碳氢化合物，而不能探测CS2，H2，CO，NH3等气体，而且象乙炔和苯这样的碳氢化合物也不能探测。因此相比于催化燃烧型传感器，它更适用于具有长链的碳氢化合物。虽然其开始投资价格昂贵，但总体价格要低于催化燃烧技术。

光电离技术(PID)

光电离传感器利用紫外光电离气体分子，并用于探测易挥发有机化合物。

特制的紫外灯产生紫外光辐射能，气体分子受到紫外光辐射而电离。测量头将此时测量到的紫外光辐射能转化为气体浓度。这种紫外光辐射能的单位为电子伏。标准的紫外光源有8.4eV, 9.6 eV, 10.6 eV, 和11.7 eV。而最通常的是10.6 eV，因为它的光源更结实。11.7 eV的光源是锂的氟化物，它较软，易碎。光电离技术可探测那些气体电离势能在紫外光源辐射能量水平之下的气体。例如，苯的光电离势能是9.24 eV,所以可用9.6 eV, 10.6 eV, 和11.7 eV 的光源。

PID 传感器的优势是良好的灵敏度和快速反应。这种测量头可以对许多低浓度的气体快速反应。由于PID 传感器不会受到高浓度气体的伤害，所以通常被用于决定使用何种个体防护装备。

PID 传感器的缺点是选择性。PID只可以探测那些气体光电离势能低于光源辐射水平的气体。由于光源需要经常清洗，仪表需要经常标定以确保准确性。

传感器如何工作

电化学型气体探测有许多优点，并被认为是在需要气体探测的地方所使用的最好的技术。绝大多数电化学有毒气体传感器是基于同样的原理制造的。但是，不同制造商生产的传感器存在着显著的不同。假设气体探测系统对你的设施十分重要，你最好就要了解这些不同，以及这种技术通常的局限性。

电化学传感器通常有三个主要部件：电极（一个或多个涂有催化剂的电极），电解液和可渗透性的薄膜。气体通过薄膜扩散进来，在电解液－催化剂交界处发生反应产生电流。例如，HCl的反应：