山東氣體報警器制造廠
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催化燃燒式傳感器工作原理
專業解釋·催化燃燒式

  可燃物在催化劑作用下燃燒。與直接燃燒相比,催化燃燒溫度較低,燃燒比較完全。催化燃燒所用的催化劑為具有大比表面的貴金屬和金屬氧化物多組分物質。例如家用負載Pd或稀土化合物的催化燃氣灶,可減少尾氣中CO含量,提高熱效率。負載0.2%pt的氧化鋁催化劑,在500℃下,可將大多數有機化合物燃燒,脫臭凈化到化學位移σ=1以下。催化燃燒為無焰燃燒,因此適用于安全性要求高的場合,如以H2和O2為原料的燃料電池、用汽油或酒精為原料的懷爐(催化劑為浸Pt石棉)等。如消除化工廠NOx的煙霧,可加燃料到煙霧中,通過負載型鉑和鈀催化劑,催化燃燒使NOx轉化為N2氣。 采用適當的催化劑,使用有害氣體中的可燃物質在較低的溫度下分解、氧化的燃燒方法。

  氣體報警器的傳感器采用催化燃燒的方式檢測氣體,稱為催化燃燒式傳感器。

  檢測可燃氣體的儀器一般使用催化燃燒式傳感器,它可以看成是一個小型化的熱量計,它的檢測原理在幾十年內沒有大的變化。這是一個惠斯通電橋的結構。在它的測量橋上涂有催化物質,它在整個的測量過程中是不被消耗的。即使在空氣中氣體和蒸氣濃度遠遠低于LEL時,它們也會在這個橋上發生催化燃燒反應,測量時,要在參比和測量電橋上施加電壓使之加熱從而發生催化反應,這個溫度大約是500℃或者更高。正常情況下,電橋是平衡的,V1 = V2,輸出為零。 如果有可燃氣體存在,它的氧化過程會使測量橋被加熱,溫度增加,而此時參比橋溫度不變。電路會測出它們之間的電阻變化, V2 > V1 ,輸出的電壓同待測氣體的濃度成正比。

  測量易燃易爆氣體時氧氣濃度是一個必須注意的問題。催化式傳感器要求至少8-10%的氧氣才能進行準確測量。而在100%可燃氣濃度下,這種儀器的讀數將是0%LEL!因此在測量規程中,要求在測量易燃易爆氣體的%LEL之前必須首先測量氧氣濃度。這也是為什么要求在密閉空間測量中必須同時測量氧氣和LEL的原因。如果在完全無氧的情況下測量LEL值很容易得到錯誤的結果。

  催化燃燒傳感器可以對大部分的可燃氣體產生響應。特定氣體在測量橋上燃燒產生的熱量就反映了它的燃燒熱,而后者會隨各類物質性質改變。所以,不同物質即使在相同濃度下也會產生不同的儀器讀數。 要記住,儀器測量的是電阻的變化而不是濃度的變化!不同的氣體在測量橋上的行為會有很大的不同。通常,較大的分子會產生更多的燃燒熱。另一方面,較小的分子更容易進入測量頭的燒結結構進行反應。催化燃燒式傳感器,尤其是測量%LEL的傳感器不適合于檢測“較重的”或者長鏈的烷烴,特別是高閃點的物質。正如前面所提到的那樣,此時使用光離子化檢測器可能是一個好的辦法。

  催化燃燒式傳感器的校正也是一個重要的問題。如果可能,用戶應當使用待測氣體來校正儀器。這種校正一般是兩點校正,即“新鮮空氣校正”和“標準氣體校正”。

    大部分的控制標準,比如OSHA 1910.146和 ANSI Z117.1-1995,都使用10%LEL作為危險存在的閾值。很多儀器也采用10%作為儀器的缺省值進行警報設置。但實際上,10%LEL設置可能高于某些規程。在密閉空間進入的標準中,一般要求是不超過5%LEL,在此濃度以上就不能進行工作(OSHA 1995)。

     一旦超過預置警報,必須停止工作并撤出。如果可以進行實時檢測,10%LEL可以作為安全限度。但必須注意的是,任何可以檢測出濃度的可燃氣體的存在都是十分危險的。

標準的催化燃燒傳感器不適合于LEL/LFL水平之上進行測量。

相對校正

  只有用待測氣體對儀器進行校正才能得到準確的測量結果,如果這一點做不到,或者待測氣體是未知的,那么,一定要選擇10%LEL或更低作為警報限值。

    另一個選擇是使用一種氣體校正但檢測另一種氣體的相對校正方法,即使用校正系數的方法。但是,由于不同傳感器間的校正系數也會有所不同,同時,這個系數也會在同一個傳感器的使用期間發生變化,因此使用這一方法有很大的限制。這種方法更不適合于混合物。

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