可燃氣體是一種清潔能源，給我們的生活帶來了極大的便利。然而，一旦可燃氣體泄漏，其后果是不堪設(shè)想的?？扇細怏w的泄漏很可能發(fā)生中毒、爆炸等危險。因此，可燃氣體傳感器對我們的生活變得十分的重要了。

什么是可燃氣體?

可燃氣體是指能夠引燃且在常溫常壓下呈氣體狀態(tài)的物質(zhì)，能夠與空氣(或氧氣)在一定濃度范圍內(nèi)均勻混合形成預(yù)混氣，遇到火源會發(fā)生爆炸，燃燒過程中釋放出大量能量的氣體。

可燃氣體種類有很多，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、天然氣、液化石油氣、城市煤氣、高爐煤氣等。

可燃氣體一旦泄漏，該如何發(fā)現(xiàn)它，避免事故發(fā)生呢?

可燃氣體傳感器的種類?

燃氣報警器，是一種燃氣安全防范產(chǎn)品，當(dāng)燃氣在空氣中的濃度超過設(shè)定值，可燃氣體傳感器便會被觸發(fā)產(chǎn)生報警?？扇細怏w傳感器主要有氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、電化學(xué)式型以及紅外型。

01 氧化物半導(dǎo)體型可燃氣體傳感器

金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導(dǎo)體表面形成一個正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動(見圖1)。

在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位(晶界)才能形成電流。由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，勢壘隨之降低(見圖2)，導(dǎo)致傳感器的阻值減小。

02 催化燃燒型可燃氣體傳感器

催化燃燒式氣體傳感器由對可燃氣體進行反應(yīng)的檢測元件(D)和不與可燃氣體進行反應(yīng)的補償元件(C)2個部分構(gòu)成。如果存在可燃氣體的話，只有檢測元件表面可以燃燒，因此檢測元件溫度上升使檢測元件的電阻增加。

相反，因為補償元件不燃燒，其電阻不發(fā)生變化。這些元件組成惠斯通電橋回路，不存在可燃氣體的氛圍中，可以調(diào)整可變電阻(VR)讓電橋回路處于平衡狀態(tài)。然后，當(dāng)氣體傳感器暴露于可燃氣體中時，只有檢測元件的電阻上升，因此電橋回路的平衡被打破，這個變化表現(xiàn)為不均衡電壓(Vout)而可以被檢測出來。

03 電化學(xué)型可燃氣體傳感器

傳感器由貴金屬催化劑的檢測極、對極與離子傳導(dǎo)體構(gòu)成。當(dāng)CO等可燃檢測對象氣體存在時，在檢測極催化劑上與空氣中的水蒸氣發(fā)生①式所示的反應(yīng)。

CO + H2O → CO2+ 2H+ + 2e- …①

檢測極與對極接通電流(短路)后，檢測極產(chǎn)生的質(zhì)子(H+)與同時產(chǎn)生的電子(e-)分別通過離子傳導(dǎo)體與外部電線(引線)各自到達對極，在對極上與空氣中的氧之間發(fā)生②式所示的反應(yīng)。

(1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O …②

也就是說此傳感器構(gòu)成了由①、②反應(yīng)式形成的③反應(yīng)式的全電池反應(yīng)，可以認為是將氣體作為活性物質(zhì)的電池。

CO + (1/2)O2 → CO2 …③

當(dāng)做氣體傳感器使用時，接通檢測極與對極的電流，來測定其短路電流。

04 紅外型可燃氣體傳感器

紅外型可燃氣體傳感器， 運用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的碳氫類可燃氣體進行檢測。

NDIR(non-dispersive infrared)式氣體傳感器是通過由入射紅外線引發(fā)對象氣體的分子振動，利用其可吸收特定波長紅外線的現(xiàn)象來進行氣體檢測的。紅外線的透射率(透射光強度與源自輻射源的放射光強度之比)取決于對象氣體的濃度。用中波段紅外線照射氣體后，由于氣體分子的振動數(shù)與紅外線的能級處于同一個光譜范疇，紅外線與分子的固有振動數(shù)發(fā)生共振后，在分子振動時被氣體分子所吸收，氣體濃度與紅外線透射率的關(guān)系符合朗伯-比爾定律。

如何選型?

對可燃氣體泄漏檢測，特別是針對家用場所，在可燃氣體較低的泄漏濃度時要求能快速的檢測出來，能實現(xiàn)單點報警即可。另外，燃氣報警器工作于一般的家庭，必須能滿足長期免維護的要求，半導(dǎo)體傳感器檢測過程僅存在氣體的吸附和脫附過程，廚房內(nèi)嚴重的油煙極少存留于敏感材料表面，不會影響其實際使用壽命，因此，檢測下限較低、使用壽命較長半導(dǎo)體氣體傳感器是家用報警器的最佳選擇。

催化燃燒氣體傳感器的精度較高，適合煤礦、石油、化工、燃氣等領(lǐng)域的定量檢測。但其工作溫度高，催化劑易失活，同時周圍環(huán)境內(nèi)存在的膠黏劑、橡膠制品釋放出的有機硅、硫化物極易讓催化劑中毒，導(dǎo)致傳感器完全失效。在工業(yè)場所，一般通過標(biāo)準(zhǔn)氣體定期校檢報警器，調(diào)整放大倍數(shù)，防止催化傳感器靈敏度衰減導(dǎo)致精度大幅度變差。

針對人工煤氣和不完全燃燒過程中低濃度一氧化碳的檢測，因一氧化碳的高毒性，報警點一般不超過200ppm，為了防止誤報或漏報警，最好選用靈敏度和精度均較高的電化學(xué)氣體傳感器。

NDIR傳感器近幾十年來在作業(yè)環(huán)境安全和氣體檢測方面發(fā)揮了重要作用。當(dāng)催化燃燒式傳感器不適合使用時，NDIR傳感器則是另一項可靠的選擇。與催化燃燒式傳感器不同，NDIR傳感器不需要頻繁的重新校準(zhǔn)，而且它們不易中毒。