便攜式可燃氣體儀表檢測原理

 石油、化工生產過程中，所處理的油氣介質本身就是易燃、易爆介質，特別是天然氣和原油、汽油的揮發成分，生產工藝設備的密封失效或事故，會造成可燃氣體泄漏。為了避免爆炸、火災事故的發生，需要用可燃氣體報警儀對危險區域的環境進行檢測報警，并帶動聯鎖裝置自動開啟風機，排除險情。可燃氣體報警儀的檢測原理

可燃氣體報替儀，目前常用催化燃燒式和半導體氣敏式兩種.一般由探側器和報警控制器組成。探測器的作用是把可燃氣體的濃度轉換成電信號。控制器由供電電源、信號處理和控制電路組成。一方面對 傳感器 提供電源，另一方面把傳感器送來的信號放大、處理、顯示或報曹，驅動繼電器動作。控制器可以顯示實時氣體濃度、指示正常、故障或報警狀態.也可以對探測器進行零點校準、靈敏度校準、高/低限報警值的設定。

1.檢測原理

催化嫌燒式和半導體氣敏式可嫩氣體報帶儀，都是用氣敏電阻作為測盤元件，將其連接在如圖6-25所示的平衡電橋中。當空氣中有可嫩氣體時，氣敏元件電阻變化，造成電橋失去平衡，電橋A、B間輸出一個電信號，測量電信號的大小就可測知可燃氣體的濃度。當檢側到嫩氣濃度大于可燎氣體的爆炸下限濃度時，驅動控制電路進行聲光報警。

橋路中，電阻R3為檢側用氣敏電阻，R4為補償元件，用于補償環境溫度、電源電壓變化等因素的影響。補償元件上沒有催化劑，不與可嫌氣體起作用。有的氣敏元件將檢測、補償元件封裝在一起.

1)催化燃燒式氣敏元件

催化燃燒式氣敏電阻(見圖6-26)，是用氧化鋁、氧化硅粉末與作為催化燃燒的觸媒材料—金屬把鹽溶液混合成青狀，涂頂在金屬鉑絲上后，經干燥、高溫燒結制成。氣敏電阻被封裝在陶瓷基座上。

可姍氣體在較高的溫度下，經把金屬觸媒催化作用，與氧氣發生氧化反應，產生無焰然燒而放熱。其放熱量與可燃氣體的濃度有關。空氣中可燃氣體濃度越大，所產生的燃燒熱越多、沮度越高，其內鉑絲的電阻越大。橋路艷出電勢與可燃氣體的濃度成正比。

實際工作中，氣敏元件的鉑絲上，保持100-200mA的加熱電流，以保持催化燃燒所需的較高溫度.

2)半導體氣敏元件

半導體氣敏元件有電阻型和非電阻型兩類。這類氣敏元件制造成本低，工作穩定性尚好，檢測靈敏度也較高。

電阻型半導體氣敏傳感器，利用氣體在半導體表面的氧化或還原反應，引起半導體載流子數量的增加或減少，從而使敏感元件電阻值變化.

電阻型半導體氣敏元件一般由半導體、加熱器和封裝體等部分組成。加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧燒掉，加速氣體的吸附，提高其靈敏度和響應速度。加熱器溫度一般控制在200-400℃左右。

氣敏元件從結構型式來分有燒結型、薄膜型和厚膜型三類。圖6一27給出幾種半導體氣敏元件的典型結構。其中((a)為燒結型氣敏元件，是以SnO2半導體材料為基體，將鉑電極和加熱絲埋人SnO2材料中，加壓、加溫燒結成形。

(b)為薄膜型器件，采用燕發或濺射工藝，在石英基片上形成氧化物半導體薄膜，其厚度在15m以下。薄膜型器件制作方法簡單，氣敏特性。

(c)為厚膜型器件，是將SnO:或ZnO等材料與3%-5%的硅凝膠混合制成厚膜膠，將其與裝有鉑電極的氧化物基片組合燒結制成。這種器件離散性小，機械強度高，適合大批量生產，是一種有前途的器件。

非電阻型半導體氣敏元件，是將MOS場效應管的柵極材料改用對特定氣體有很強吸附性的材料，使器件對某些氣體敏感。這一類器件的特性尚不夠穩定，目前只能用作氣體泄漏的檢測。