可燃有毒气体检测器工作原理.doc

可燃有毒气体检测器工作原理

在石油、化工、天然气等工业生产过程中，可燃性、有毒气体的泄漏是普遍存在的，泄漏本身是十分危险的，它可能导致错误操作、损坏设备、污染环境，甚至造成重大火灾、爆炸、中毒事故，所以应在生产装置附近安装可燃、有毒气体检测报警器，及时检测并发出报警信号。可燃有毒气体检测器基本工作原理如下图所示：

• 报警仪原理介绍
技术原理图
工业现场存在的有毒、有害气体
传感器
传感器板
主板
信号调理板
显示及控制板
4-20mA
RS485
基本模块
选配模块

由上图所见，可燃有毒气体检测器的核心部件为传感器，目前市场上检测可燃有毒气体检测器根据被测气体的不同，所采用的传感器的主要工作原理有：催化燃烧、电化学、PID（光离子）等，其原理如下：

电化学传感器工作原理

利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池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法拉第电流很小，可以忽略不计，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。
通常，三电极电化学式气体传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、除去干涉气体的过滤材料、密闭外壳，管脚等零部件组成。
传感器中的电极包括工作电极、参比电极和对电极，是由对被测气体具有催化作用的材料制成。电化学式气体传感器的化学反应系统主要有三个电极组成：
W极——用于氧化反应的工作电极；
C极——用于还原反应的对电极；
R极——可提供恒电位的参比电极；
电化学毒性气体传感器的代表性构造如下图所示。
进入传感器内的气体在工作电极被氧化(大多数的气体) 或被还原( 举例来说硫化氢)。 反应按化学计量比进行。如硫化氢在工作电极上的反应：
硫化氢(H2S) : H2S + 4H2O→H2SO4 + 8H+ + 8e
上述反应中，参与电化学反应的物种是来源于环境的待测气体和氧气，传感器仅作为电化学反应的反应容器。当传感器确定时，反应生成的电流大小相应地取决于被测气体和氧气的扩散速度，气体的扩散速度则与气体分压、温度、风速等因素有关。可用一只已知电阻（通常是47欧姆）连接工作电极和对电极，通过测量流过该电阻的电流来准确测量被测气体的浓度。通常此类传感器的预期使用寿命为1-2 年，巴尚公司（BSI）能做到3~5年。

电化学式传感器使用的局限性
由于电化学式传感器内置电解液，在应用时，需注意以下几点：
1. 禁止安装在强烈振动源上（会影响测量精度）；
2.禁止安装在超过工作温度（－20度到＋50度）的环境中（会损坏传感器）；
3.传感器使用寿命为2～3年（正常使用条件下） ，需更换（电解液会消耗殆尽）。

催化燃烧传感器工作原理
通过一个惠司通电桥与两只固定电阻构成检测桥路，传感器就是一个由两个燃烧元件的简单的小电炉，当空气中含有可燃性气体扩散到检测原件上，在检测原件表面催化剂作用下迅速进行无焰燃烧，产生反应热使检测的铂丝电阻值增大，检测桥路输出一个差压信号。这个信号的大小与可燃性气体的浓度成正比例关系。

催化燃烧传感器使用的局限性
存在传感器中毒和失效的危险，工作电流大
1. 在工业现场存在 H2S 等气体的时候，必须使用抗H2S中毒的传感器，否则可使普通传感器堵塞扩散细缝，导致传感器中毒；
2. 在存在硅化合物蒸汽的环境当中，不能使用催化燃烧式传感器（它可分解氧化钯，导致传感器失效）；
3. 催化燃烧式传感器使用寿命一般2年左右（正常使用条件下）

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