中瑞祥介紹氣體檢測儀原理和分類

　　氣體檢測儀是一種氣體泄露濃度檢測的儀器儀表工具，其中包括:便攜式氣體檢測儀、手持式氣體檢測儀、固定式氣體檢測儀、在線式氣體檢測儀等。主要利用氣體傳感器來檢測環境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來檢測氣體的成份和含量的傳感器。

　　一般認為，氣體傳感器的定義是以檢測目標為基礎的，也就是說，凡是用于檢測氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學方法。比如，檢測氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時使用大體一致的檢測原理。

　　氣體檢測儀是一種氣體泄漏濃度檢測的儀器儀表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測儀。

　　分類

　　半導體式

　　它是利用一些金屬氧化物半導體材料，在一定溫度下，電導率隨著環境氣體成份的變化而變化的原理的。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫在遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理制備的。

　　優點

　　半導體式氣體傳感器可以有效地用于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測的需求。下列幾種半導體式氣體傳感器是成功的:甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類，肼類)。傳感器可以滿足工業檢測的需要。

　　缺點

　　穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種傳感器的選擇性的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用于計量準確要求的場所。

　　燃燒式

　　這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。

　　優點

　　催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體:凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應。催化燃燒式氣體傳感器計量準確，響應快速，壽命較長。

　　缺點

　　在可燃性氣體范圍，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。

　　熱導池式

　　每一種氣體，都有熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種傳感器已經傳感器地用于氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。

　　這種氣體傳感器可應用范圍較窄，限制因素較多。

　　電化學式

　　它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體傳感器分很多子類:

　　(1)、原電池型氣體傳感器(也稱:加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發電池型氣體傳感器)，在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。

　　(2)、恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經成功地用于:一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是現有毒有害氣體檢測的主流傳感器。

　　(3)、濃差電池型氣體傳感器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質型二氧化碳傳感器。

　　(4)、電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的電流與載流子濃度相關的原理制備氧(氣)濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。

　　紅外線

　　大部分的氣體在中紅外區都有吸收峰，檢測吸收峰位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。

　　這種傳感器過去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨著以MEMS技術為基礎的傳感器工業的發展，這種傳感器的體積已經由10升，45公斤的巨無霸，減小到2毫升(拇指大小)左右。使用無需調制光源的紅外探測器使得儀器沒有機械運動部件，實現免維護化。紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準確測定氣體濃度。

　　這種傳感器成功的用于:二氧化碳、甲烷的檢測。

　　磁性氧氣

　　這是磁性氧氣分析儀的核心，但是也已經實現了"傳感器化"進程。

　　它是利用空氣中的氧氣可以被強磁場吸引的原理制備的。

　　這種傳感器只能用于氧氣的檢測，大氣環境中只有氮氧化物能夠發生微小的影響，但是由于這些干擾氣體的含量往往很少!

　　LEL

　　"LEL"是指爆炸下限。可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的低濃度。

　　燃燒是伴有發光發熱的激烈氧化反應，它具備三個要素:a、可燃物(燃氣)；b、助燃物(氧氣)；c、點火源(溫度)。

　　可燃氣的燃燒可以分為兩類，一類是擴散燃燒，即揮發的或從設備中噴出、泄漏的可燃氣，遇到點火源混合燃燒。

　　另一類燃燒，是可燃氣與空氣混合著火燃燒，這種燃燒反應激烈而速度快，一般會發生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。燃燒與爆炸沒有嚴格的區分。

　　低于爆炸下限，混合氣中的可燃氣的含量不足，不能引起燃燒或爆炸，上限混合氣中的氧氣的含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。

　　另外，可燃氣的燃燒與爆炸還與氣體的壓力、溫度、點火能量等因素有關。一般用體積百分比濃度表示。

　　各種可燃氣體檢測儀的測量范圍為0-100%LEL。 固定式可燃氣體檢測儀的通常設有二個報警點(與報警主機的型號有關):10%LEL為一級報警，25%LEL為二級報警。

　　便攜式可燃氣體檢測儀的通常有一個報警點:25%LEL為報警點。 舉例說明，甲烷的爆炸下限為5%體積比，那也就是說，把這個5%體積比，一百等分，讓5%體積比對應100%LEL，也就是說，當檢測儀數值到達10%LEL報警點時，相當于此時甲烷的含量為0.5%體積比。

　　當檢測儀數值到達25%LEL報警點時，相當于此時甲烷的含量為1.25%體積比。

　　ppm

　　ppm是溶液濃度(溶質質量分數)的一種表示方法，ppm表示百萬分之一。

　　對于溶液:即1升水溶液中有1/1000毫升的溶質，則其濃度(溶質質量分數)為1ppm。

　　對于氣體:對環境大氣(空氣)中污染物濃度的表示方法之一。

　　體積濃度表示法:一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數，即ppm

　　大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度都是體積濃度(ppm)。是環保部門，則要求氣體濃度以質量濃度的單位(如:mg/m3)表示，都是采用質量濃度單位(如:mg/m3)表示。

　　分類

　　按使用方式可分為臺式氣體檢測儀和手持氣體檢測儀

　　按可檢測的氣體數量可分為單一氣體檢測儀和多種氣體檢測儀

　　按氣體傳感器的原理可分為紅外線氣體檢測儀、熱磁氣體檢測儀、電化學式氣體檢測儀、半導體式氣體檢測儀、紫外線氣體檢測儀等。

　　原理

　　以常見的紅外線氣體檢測儀為例，說明氣體檢測儀的原理:

　　測量這種吸收光譜可判別出氣體的種類；測量吸收強度可確定被測氣體的濃度。紅外線檢測儀的使用范圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度高，反應迅速,能在線連續指示,也可組成調節系統。工業上常用的紅外線氣體檢測儀的檢測部分由兩個并列的結構相同的光學系統組成。

　　一個是測量室，一個是參比室。兩室通過切光板以一定周期同時或交替開閉光路。在測量室中導入被測氣體后，具有被測氣體特有波長的光被吸收，從而使透過測量室這一光路而進入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度好，進入到紅外線接收氣室的光通量就越少；而透過參比室的光通量是一定的，進入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測氣體濃度，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。這個光通量差值是以一定周期振動的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內封有濃度較大的被測組分氣體，在吸收波長范圍內能將射入的紅外線吸收，從而使脈動的光通量變為溫度的周期變化，再可根據氣態方程使溫度的變化轉換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來檢測，經過放大處理后指示出被測氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測紅外線的量子式紅外線傳感器，并采用紅外干涉濾光片進行波長選擇和配以可調激光器作光源，形成紅外氣體檢測儀。這種檢測儀只用一個光源、一個測量室、一個紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測量。若采用裝有多個不同波長的濾光盤，則能同時分別測定多組分氣體中的各種氣體的濃度。

　　用途

　　氣體檢測儀可檢測硫化氫，一氧化碳，氧氣，二氧化硫，磷化氫，氨氣，二氧化氮，氰化氫，氯氣，二氧化氯，臭氧和可燃氣體等多種氣體，廣泛應用在石化、煤炭、冶金、化工、市政燃氣、環境監測等多種場所現場檢測。 可以實現場合測量需要；可對坑道、管道、罐體、密閉空間等進行氣體濃度探測或泄漏探測。