可燃气体传感器了解一下

可燃气体是一种清洁能源，给我们的生活带来了极大的便利。然而，一旦可燃气体泄漏，其后果是不堪设想的。可燃气体的泄漏很可能发生中毒、爆炸等危险。因此，可燃气体传感器对我们的生活变得十分的重要了。

什么是可燃气体?

可燃气体是指能够引燃且在常温常压下呈气体状态的物质，能够与空气(或氧气)在一定浓度范围内均匀混合形成预混气，遇到火源会发生爆炸，燃烧过程中释放出大量能量的气体。

可燃气体种类有很多，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、天然气、液化石油气、城市煤气、高炉煤气等。

可燃气体一旦泄漏，该如何发现它，避免事故发生呢?

可燃气体传感器的种类?

燃气报警器，是一种燃气安全防范产品，当燃气在空气中的浓度超过设定值，可燃气体传感器便会被触发产生报警。可燃气体传感器主要有氧化物半导体型、催化燃烧型、电化学式型以及红外型。

01 氧化物半导体型可燃气体传感器

金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面，半导体表面的电子会被转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动(见图1)。

在敏感材料内部，自由电子必须穿过金属氧化物半导体微晶粒的结合部位(晶界)才能形成电流。由氧吸附产生的势垒同样存在于晶界而阻碍电子的自由流动，传感器的电阻即缘于这种势垒。在工作条件下当传感器遇到还原性气体时，氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低，势垒随之降低(见图2)，导致传感器的阻值减小。

02 催化燃烧型可燃气体传感器

催化燃烧式气体传感器由对可燃气体进行反应的检测元件(D)和不与可燃气体进行反应的补偿元件(C)2个部分构成。如果存在可燃气体的话，只有检测元件表面可以燃烧，因此检测元件温度上升使检测元件的电阻增加。

相反，因为补偿元件不燃烧，其电阻不发生变化。这些元件组成惠斯通电桥回路，不存在可燃气体的氛围中，可以调整可变电阻(VR)让电桥回路处于平衡状态。然后，当气体传感器暴露于可燃气体中时，只有检测元件的电阻上升，因此电桥回路的平衡被打破，这个变化表现为不均衡电压(Vout)而可以被检测出来。

03 电化学型可燃气体传感器

传感器由贵金属催化剂的检测极、对极与离子传导体构成。当CO等可燃检测对象气体存在时，在检测极催化剂上与空气中的水蒸气发生①式所示的反应。

CO + H2O → CO2+ 2H+ + 2e- …①

检测极与对极接通电流(短路)后，检测极产生的质子(H+)与同时产生的电子(e-)分别通过离子传导体与外部电线(引线)各自到达对极，在对极上与空气中的氧之间发生②式所示的反应。

(1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O …②

也就是说此传感器构成了由①、②反应式形成的③反应式的全电池反应，可以认为是将气体作为活性物质的电池。

CO + (1/2)O2 → CO2 …③

当做气体传感器使用时，接通检测极与对极的电流，来测定其短路电流。

04 红外型可燃气体传感器

红外型可燃气体传感器， 运用非色散红外(NDIR)原理对空气中存在的碳氢类可燃气体进行检测。

NDIR(non-dispersive infrared)式气体传感器是通过由入射红外线引发对象气体的分子振动，利用其可吸收特定波长红外线的现象来进行气体检测的。红外线的透射率(透射光强度与源自辐射源的放射光强度之比)取决于对象气体的浓度。用中波段红外线照射气体后，由于气体分子的振动数与红外线的能级处于同一个光谱范畴，红外线与分子的固有振动数发生共振后，在分子振动时被气体分子所吸收，气体浓度与红外线透射率的关系符合朗伯-比尔定律。

如何选型?

对可燃气体泄漏检测，特别是针对家用场所，在可燃气体较低的泄漏浓度时要求能快速的检测出来，能实现单点报警即可。另外，燃气报警器工作于一般的家庭，必须能满足长期免维护的要求，半导体传感器检测过程仅存在气体的吸附和脱附过程，厨房内严重的油烟极少存留于敏感材料表面，不会影响其实际使用寿命，因此，检测下限较低、使用寿命较长半导体气体传感器是家用报警器的最佳选择。

催化燃烧气体传感器的精度较高，适合煤矿、石油、化工、燃气等领域的定量检测。但其工作温度高，催化剂易失活，同时周围环境内存在的胶黏剂、橡胶制品释放出的有机硅、硫化物极易让催化剂中毒，导致传感器完全失效。在工业场所，一般通过标准气体定期校检报警器，调整放大倍数，防止催化传感器灵敏度衰减导致精度大幅度变差。

针对人工煤气和不完全燃烧过程中低浓度一氧化碳的检测，因一氧化碳的高毒性，报警点一般不超过200ppm，为了防止误报或漏报警，最好选用灵敏度和精度均较高的电化学气体传感器。

NDIR传感器近几十年来在作业环境安全和气体检测方面发挥了重要作用。当催化燃烧式传感器不适合使用时，NDIR传感器则是另一项可靠的选择。与催化燃烧式传感器不同，NDIR传感器不需要频繁的重新校准，而且它们不易中毒。