便攜式可燃?xì)怏w儀表檢測原理

 石油、化工生產(chǎn)過程中，所處理的油氣介質(zhì)本身就是易燃、易爆介質(zhì)，特別是天然氣和原油、汽油的揮發(fā)成分，生產(chǎn)工藝設(shè)備的密封失效或事故，會造成可燃?xì)怏w泄漏。為了避免爆炸、火災(zāi)事故的發(fā)生，需要用可燃?xì)怏w報警儀對危險區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行檢測報警，并帶動聯(lián)鎖裝置自動開啟風(fēng)機(jī)，排除險情。可燃?xì)怏w報警儀的檢測原理

可燃?xì)怏w報替儀，目前常用催化燃燒式和半導(dǎo)體氣敏式兩種.一般由探側(cè)器和報警控制器組成。探測器的作用是把可燃?xì)怏w的濃度轉(zhuǎn)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(qū)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(tài).也可以對探測器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)、靈敏度校準(zhǔn)、高/低限報警值的設(shè)定。

1.檢測原理

催化嫌燒式和半導(dǎo)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(dāng)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?xì)怏w的濃度。當(dāng)檢側(cè)到嫩氣濃度大于可燎氣體的爆炸下限濃度時，驅(qū)動控制電路進(jìn)行聲光報警。

橋路中，電阻R3為檢側(cè)用氣敏電阻，R4為補(bǔ)償元件，用于補(bǔ)償環(huán)境溫度、電源電壓變化等因素的影響。補(bǔ)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(bǔ)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(jīng)干燥、高溫?zé)Y(jié)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(jīng)把金屬觸媒催化作用，與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生無焰然燒而放熱。其放熱量與可燃?xì)怏w的濃度有關(guān)。空氣中可燃?xì)怏w濃度越大，所產(chǎn)生的燃燒熱越多、沮度越高，其內(nèi)鉑絲的電阻越大。橋路艷出電勢與可燃?xì)怏w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(dǎo)體氣敏元件

半導(dǎo)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(wěn)定性尚好，檢測靈敏度也較高。

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

電阻型半導(dǎo)體氣敏元件一般由半導(dǎo)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(yīng)速度。加熱器溫度一般控制在200-400℃左右。

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

(b)為薄膜型器件，采用燕發(fā)或濺射工藝，在石英基片上形成氧化物半導(dǎo)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(jié)制成。這種器件離散性小，機(jī)械強(qiáng)度高，適合大批量生產(chǎn)，是一種有前途的器件。

非電阻型半導(dǎo)體氣敏元件，是將MOS場效應(yīng)管的柵極材料改用對特定氣體有很強(qiáng)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(wěn)定，目前只能用作氣體泄漏的檢測。