氣體檢測報警系統(tǒng)(gds)由可燃/有毒氣體檢測器、現(xiàn)場報警器、報警控制器等組成。昌暉儀表在本文分享gds系統(tǒng)常用半導(dǎo)體式氣體檢測器、催化燃燒式氣體檢測器、定電位電解式氣體檢測器、迦伐尼電池式氧氣檢測器、紅外式氣體檢測器和光離子化氣體檢測器的檢測原理、優(yōu)缺點。
在發(fā)生可燃/有毒氣體泄漏時，gds系統(tǒng)在現(xiàn)場、控制室等操作人員可能涉足或駐守之處同時發(fā)出報警，提醒操作人員緊急疏散或采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，也可聯(lián)鎖開啟/關(guān)閉所在區(qū)域的風機或其他設(shè)備，減輕由于氣體泄漏可能造成的危害，避免惡性事故的發(fā)生。gds也可與消防控制系統(tǒng)聯(lián)動，避免火災(zāi)的發(fā)生，或減輕火災(zāi)損失。
gds的報警控制器應(yīng)獨立設(shè)置，不應(yīng)與其他過程控制系統(tǒng)(如dcs等)合用，以保證過程控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停用時，gds仍保持正常工作狀態(tài)。
當gds參與安全聯(lián)鎖時，相關(guān)的gds設(shè)備的配置應(yīng)滿足安全聯(lián)鎖回路的安全完整性等級的要求：
①可燃/有毒氣體檢測器信號直接送至安全儀表系統(tǒng)時，檢測器的配置應(yīng)滿足相應(yīng)安全完整性等級的要求。
②可燃/有毒氣體檢測器信號通過報警控制器送至安全儀表系統(tǒng)時，檢測器及報警控制器的配置均應(yīng)滿足相應(yīng)安全完整性等級的要求。
氣體傳感器的分類
可燃/有毒氣體檢測器的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為三大類：
①利用物理化學性質(zhì)的氣體傳感器，如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
②利用物理性質(zhì)的氣體傳感器，如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。
③利用電化學性質(zhì)的氣體傳感器，如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
目前常用六種傳感器類型
1、半導(dǎo)體式氣體檢測器
①檢測原理
采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，利用其與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化，通過對變化量的比較，激發(fā)報警電路，如下圖所示。
②檢測氣體
可燃氣體、有毒氣體。
③優(yōu)缺點
優(yōu)點：成本低廉、靈敏度高、檢測范圍廣、反應(yīng)靈敏、對濕度敏感低、壽命長。
缺點：需在高溫下工作，對氣體的選擇性差，穩(wěn)定性較差，精確度不高，功率要求高，當探測氣體中混有硫化物時容易中毒。
2、催化燃燒式氣體檢測器
①檢測原理
由2只固定電阻構(gòu)成惠斯登檢測橋路。當含有可燃性氣體的混合氣體擴散到檢測元件上時，迅速進行無焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使熱絲電阻值增大，電橋輸出一個變化的電壓信號，這個電壓信號的大小與可燃氣體的濃度成正比，如下圖所示。
②檢測氣體
可燃氣體。
③優(yōu)缺點
優(yōu)點：選擇性好、反應(yīng)準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測、不易產(chǎn)生誤報、與其他非可燃氣體的無交叉干擾、控制可靠。壽命3年左右。
缺點：無 氧或缺氧環(huán)境中不能工作(至少8%~10%的氧氣)，不能檢測高閃點和長鏈的烷烴類等可燃氣體，不能檢測高濃度可燃氣體。
④傳感器中毒和抑制
◆高濃度含硅化合物會使傳感器立即損壞。
◆某些物質(zhì)會被催化劑吸收或形成新的化合物從而抑制催化反應(yīng)，如鹵代烴。
◆某些物質(zhì)具有上述兩種影響，高濃度會使傳感器立即失效，較低濃度則對靈敏度有輕微影響。如硫化氫。
◆高濃度混合物會對催化燃燒傳感器的精確度造成影響，對于測量橋的過分加熱會加速催化劑的蒸發(fā)，這會使傳感器的靈敏度部分或全部降低。過熱還會燒毀測量電橋。暴露于氧氣不足時的更高濃度的易燃易爆氣體之中，則會導(dǎo)致炭黑在燒結(jié)表面的沉積，而炭黑的積聚會導(dǎo)致傳感器爆裂而損壞電路。
◆可能對傳感器中毒的物質(zhì)有：含鉛化合物(尤其是)、 含硫化合物、硅類、含磷化合物。
◆可能對傳感器抑制的物質(zhì)有：硫化氫、鹵代烴。
◆為減少這些損壞的發(fā)生，有些儀器會在濃度接近99%lel時關(guān)閉電路，并指示超標和警報。
3、定電位電解式氣體檢測器
① 檢測原理
定電位電解式氣體傳感器由膜電極和電解液灌封而成，氣體將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。定電位電解式氣體傳感器檢測原理如下圖所示，在一個塑料制成的筒狀池體內(nèi)，安裝工作電極、對電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在對電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng)，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體濃度成正比。
②檢測氣體
除氧氣和voc以外的絕大部分有毒有害氣體。
③優(yōu)缺點
優(yōu)點：反應(yīng)速度快、精度高(ppm級)，能夠定量檢測，穩(wěn)定性好。
缺點：成本高，對濕度敏感高，壽命較短(小于等于兩年)。
4、迦伐尼電池式氧氣檢測器
①檢測原理
隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)：在塑料容器的一面裝有對氧氣透過性良好的厚10~30μm的透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬(鉑、黃金、銀等)陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極(用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬)，如下圖所示。氧氣在通過電解質(zhì)時在陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使陽極金屬離子化，釋放出電子，電流的大小與氧氣的多少成正比。
②檢測氣體
氧氣。
③優(yōu)缺點
優(yōu)點：反應(yīng)速度快，能夠定量檢測 (0~30%),穩(wěn)定性好。
缺點：成本高，由于整個反應(yīng)中陽極金屬有消耗，所以傳感器需要定期更換，壽命較短(大于等于2年)。
5、紅外式氣體檢測器
①檢測原理
利用氣體對某個特定波長的吸收原理進行檢測。傳感器設(shè)雙通道雙射線，雙射線形成參考波與分析波兩種波長。當可燃氣體或co2經(jīng)過紅外射線時，吸收分析波的能量，卻不影響參考波長，將分析波長與參考波長進行比較，形成的差異與氣體的濃度成正比線性關(guān)系，從而準確測出氣體濃度，如下圖所示。
②檢測氣體
多數(shù)碳氫化合物可燃氣體、二氧化碳。
③優(yōu)缺點
優(yōu)點：反應(yīng)靈敏，檢測精度高，抗中毒性好，可在缺氧和高濃度氣體環(huán)境中檢測，使用壽命長(5年以上)；能夠代替直線視域內(nèi)(不小于3300f
t=100m)的多個點式氣體檢測器；同時適用于對抗惡劣天氣。
缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
6、pid(photo ionization detectors)光離子化氣體檢測器
①檢測原理
由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負電極，形成電場，有機揮發(fā)物分子在高能紫外線光源激發(fā)下，產(chǎn)生負電子并形成正離子，這些電離的微粒在電極間形成電流，經(jīng)檢測器放大和處理后輸出信號，最終檢測到ppm級的濃度，如下圖所示。氣體在被檢測后，離子重新復(fù)合成為原來的氣體和蒸氣，光離子化氣體傳感器是一種非破壞性檢測器，它不會“燃燒”或性改變待測氣體。
②離子化電位
所有的元素和化合物都可以被離子化，但所需能量不同，可將化合物離子化的能量稱為“電離電位”(ip)，它以電子伏特(ev)為計量單位。
由uv燈發(fā)出的能量也以ev為單位。如待測氣體的ip低于燈的輸出能量，那么，這種氣體就可以被離子化。反之，如果待測氣體的ip高于燈的輸出能量，那么，這種氣體就不能被離子化。
③檢測氣體
低濃度的揮發(fā)性有機物，尤其是其他原理難以檢出的苯、cs2、酚類、酮類、醛類等。
④優(yōu)缺點
優(yōu)點：反應(yīng)靈敏，檢測精度高，響應(yīng)時間短，抗中毒性好，非破壞性檢測，可在缺氧環(huán)境中檢測。
缺點：成本高，高濕度和粉塵對其影響大。
◆
◆
◆