可燃氣體傳感器的工作原理及注意事項

可燃氣體種類有天然氣、石油液化氣、煤氣、甲烷、乙烷、氫氣、丙烷、甲醇、乙醇、這些氣體不但易燃，也是最容易發(fā)生爆炸燃燒的，準確檢測這些氣體相當重要，其中使用的傳感器就是可燃氣體探測傳感器。

1. 可燃氣體傳感器的工作原理

可燃氣體傳感器的主要檢測方法有：催化燃燒式、半導體技術、紅外技術(光NDIR)三種。

半導體檢測主要由加熱回路、負載回路、電源回路三部分組成，利用加熱回路把半導體器件加熱到穩(wěn)定后，當可燃氣體接觸到傳感器時，傳感器的電導率就會隨可燃氣體的濃度增大而增大，形成與可燃氣體濃度成比例的輸出信號。這類傳感器的氣敏材料為二氧化錫(SnO2)，使用壽命可長達10年，缺點就是穩(wěn)定性不好，老化預熱時間長，零點漂移大，一般用于民用可燃氣體探測器。

NDIR紅外檢測傳感器針對個別氣體，例如甲烷、乙烷、丙烷，多數(shù)可燃氣體是不能使用紅外氣體傳感器檢測的。紅外檢測傳感器運用非色散型的紅外光NDIR對空氣中可燃氣體進行檢測，利用近紅外光譜吸收與可燃氣體濃度的關系來判斷氣體濃度，具有可識別性強，能在復雜的背景氣體中準確識別出目標氣體濃度，使用壽命普遍在5年以上。這類傳感器響應速度快，重復性高，輸出模擬量經A/D轉換后形成氣體濃度變化數(shù)據(jù)。

催化燃燒式氣體傳感器利用催化燃燒的熱效應原理，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋，在一定溫度條件下，可燃氣體在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無焰燃燒，載體溫度升高，內部鉑絲電阻也相應升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號。這類傳感器信號穩(wěn)定，零點穩(wěn)定，重復性好，使用壽命可達3年左右。

催化燃燒式氣體傳感器的靈敏度、響應恢復特性

上述三種可燃氣體傳感器中，催化燃燒可燃氣體傳感器結構簡單，電路設計難度低，價格也較為便宜。同時，催化燃燒式氣體傳感器不會與其他非可燃氣體發(fā)生交叉感染，避免了因交叉感染而造成的檢測數(shù)據(jù)有偏差、偏差大等問題，被廣泛用于工業(yè)及民用領域的可燃氣體監(jiān)測設備中。

2. 催化燃燒式可燃氣體傳感器的使用

需要注意的是，催化燃燒式氣體傳感器是基于氣體在催化元件上發(fā)生化學反應，首先導致的是傳感器載體表面和載體內部的溫度變化，載體的溫度變化經過熱傳遞最終導致鉑線圈電阻發(fā)生變化，從而完成傳感的全過程。由于傳感過程較為復雜，這是一大弱項。

其次，為了保持催化燃燒效應，要求待檢測環(huán)境中必須有足夠的氧氣，基于檢測原理的限制，當被測氣體中含有有機硅化合物、硫化氫化合物、鹵化物等物質時，容易導致檢測元件中毒，影響傳感器性能。

催化燃燒式氣體傳感器的零點、靈敏度穩(wěn)定性曲線

另外，當接觸到檢測范圍外(高濃度)的氣體或受到機械沖擊時，檢測元件和補償元件會發(fā)生裂紋和變形，造成內部線圈變形(元件電阻值異常)，靈敏度發(fā)生異常。因此，正確使用催化燃燒式可燃氣體傳感器非常重要，以下是一些注意事項。

(1)必須避免的情況

(1)暴露于可揮發(fā)性硅化合物蒸氣中。如果傳感器的表面吸附了可揮發(fā)性硅化合物蒸氣，傳感器的敏感材料會被硅化合物包裹住，抑制傳感器的敏感性，并且不可恢復。傳感器要避免暴露在硅粘接劑、發(fā)膠、硅橡膠、膩子或其它含硅塑料添加劑可能存在的地方。

(2)高腐蝕性的環(huán)境。傳感器暴露在高濃度的腐蝕性氣體(如H2S、SOX、Cl2、HCl等)中，不僅會引起傳感器引線的腐蝕或破壞，還會引起敏感材料性能發(fā)生不可逆的改變。

(3)堿、堿金屬鹽、鹵素的污染。傳感器被堿金屬尤其是鹽水噴霧污染后，若暴露在鹵素，如氟利昂中，也會引起性能劣變。

(4)接觸到水。濺上水或浸到水中會造成敏感特性下降。

(5)結冰。水在敏感元件表面結冰會導致敏感材料碎裂而喪失敏感特性。

(6)施加電壓過高。如果給傳感器施加的電壓高于規(guī)定值，即使傳感器沒有受到物理損壞或破壞，也會造成引線損壞，并引起傳感器敏感特性下降。

(2)盡可能避免的情況

(1)凝結水。在室內使用條件下，輕微凝結水會對傳感器性能產生輕微影響。但是，如果水凝結在敏感材料表面并保持一段時間，傳感器特性則會下降。

(2)處于高濃度氣體中。無論傳感器是否通電，在高濃度氣體中長期放置，都會影響傳感器特性。如用打火機氣直接噴向傳感器，會對傳感器造成極大損害。

(3)長期貯存。傳感器在不通電情況下長時間貯存，其敏感材料會產生可逆性變化，這種變化與貯存環(huán)境有關。傳感器應貯存在有清潔空氣且不含硅膠的密封袋中。經長期不通電貯存的傳感器，在使用前需要更長時間通電以使其達到穩(wěn)定。如果不通電貯存儲存時間超過半年，使用前建議老化一天。

(4)長期暴露在極端環(huán)境中。無論傳感器是否通電，長時間暴露在極端條件下，如高濕、高溫或高污染等極端條件，傳感器性能將受到嚴重影響。

(5)振動。頻繁、過度振動會導致傳感器引線產生共振而斷裂。在運輸途中及組裝線上使用氣動改錐/超聲波焊接機會產生這種振動。

(6)沖擊。如果傳感器受到強烈沖擊或跌落會導致其引線斷線。

(3) 使用建議

傳感器接入電路時，檢測元件和補償元件的各一管腳連接在一起作為信號輸出端，檢測元件的另一管腳接負極，補償元件的另一管腳接正極;傳感器管座底部標記“D”者為檢測元件，管座底部標記“C”者為補償元件。

PCB組裝時，手工焊接是傳感器最理想的焊接方式，建議采用恒溫烙鐵和含氯最少的松香助焊劑，焊接溫度不大于350℃，時間不大于5秒。

以上使用條件與一般電子元器件相似，也要考慮傳感器的特殊性，否則將使傳感器性能下降。

審核編輯：湯梓紅