催化燃烧式传感器工作原理2010.doc

1、催化燃烧式传感器工作原理 2010-7-15 来源： 哈尔滨东方报警设备开发有限公司 进入该公司展台 文章转自: 催化燃烧式传感器工作原理【传感器知识】催化燃烧式传感器工作原理催化燃烧式传感器属于高温传感器，催化元件的检测元件是在铂丝线圈（0.0250.05）上包以氧化铝和粘合剂形成球状， 经烧结而成，其外表面敷有铂、钯等稀有金属的催化层，其结构如图所示对铂丝通以电流，使检测元件保持高温（300400），此时若与可燃气体接触如甲烷气体，甲 烷就会在催化剂层上燃烧，燃烧的实质是元件表面吸附的甲烷与吸附的氧离子之间的反应，反应完成后生成 CO2 和 H2O 解析，而气相中的氧由被元件吸附并解离，重

2、新补充元件表面上的氧离子。利用元件测量甲烷式基于在其表面测量甲烷燃烧反应放出的热量的原理，即燃烧使铂丝线圈的温度升高，线圈的电阻值 就上升。 测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的 浓度。在实际应用中常采用惠斯顿电桥测量电路，如 图所示。 电桥 中黑元件既是检测元件，白元件为补偿元件，白元件与黑元件相比只缺少催化剂层，也就是说白元件遇到可燃气体不能燃烧，。有一些厂家将黑白元件封装在一个防爆网内，也有一些厂家分别封装。当空气中有一定浓度的可燃气体时，检测元件由于燃 烧而电阻值上升， 电桥失去平衡，由电压输出，起到检测作用。可燃物在催化剂作用下燃烧。与直接燃烧相比，催化燃烧温度较低，燃烧比较

3、完全。催化燃烧所用的催化剂为具有大比表面的贵金属和金属氧化物多组分物质。例如家用负载 Pd 或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中 CO 含量，提高 热 效率。负载 0.2%pt 的氧化铝催化剂，在 500下，可将大多数有机化合物燃 烧，脱臭净化到化学位移 =1 以下。催化燃烧为无焰燃烧，因此适用于安全性要求高的场合，如以 H2 和 O2 为原料的燃料电池、用汽油或酒精为原料的怀炉（催化剂为浸 Pt 石棉）等。如消除化工厂 NOx 的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃 烧使 NOx 转化为 N2 气。 采用适当的催化剂，使用有害气体中的可燃物质在较低的温度下分解、氧化的燃

4、烧方法。 气体探测器的传感器采用催化燃烧的方式检测气体，称为催化燃 烧式传感器。 检测可燃气体的探测器一般使用催化燃烧式传感器，它可以看成是一个小型化的热量计，它的 检测 原理在几十年内没有大的变化。这是一个惠斯通电桥的结构。在它的 测量桥上涂有催化物 质，它在整个的 测量过程中是不被消耗的。即使在空气中气体和蒸气浓度远远低于 LEL 时，它们也会在这个桥上发生催化燃烧反应，测量时，要在参比和测量电桥上施加电压使之加热 从而发生催化反应，这个温度大约是 500或者更高。正常情况下，电桥是平衡的，V1 = V2，输出为零。 如果有可燃气体存在，它的氧化过程会使测量桥 被加热，温度增加，而此时参比

5、桥温度不变。电路会测出它们之间的电阻变化， V2 V1 ，输出的电压同待测气体的浓度成正比。 测量易燃易爆气体时氧气浓度是一个必须注意的问题。催化式 传感器要求至少 8-10%的氧气才能进行准确测量。而在 100%可燃气浓度下，这种仪器的读数将是 0%LEL！因此在测量规程中，要求在测量易燃易爆气体的%LEL 之前必须首先测量氧气浓度。这也是为什么要求在密闭空间测量中必须同时测量氧气和 LEL 的原因。如果在完全无氧的情况下测量 LEL 值很容易得到错误的结果。催化燃烧传感器可以对大部分的可燃气体产生响应。特定气体在测量桥上燃烧产生的热量就反映了它的燃烧热，而后者会随各 类物质性质改变。所以，

6、不同物质即使在相同浓度下也会产生不同的仪器读数。 要记住，仪器测量的是电阻的变化而不是浓度的变化！不同的气体在测量桥上的行为会有很大的不同。通常，较大的分子会产生更多的燃烧热。另一方面，较小的分子更容易进入测量头的烧结结构进行反应。催化燃烧式传感器，尤其是 测量%LEL的传感器不适合于检测“较重的”或者长链的烷烃，特别是高闪点的物质。正如前面所提到的那样，此时使用光离子化检测 器可能是一个好的办文章链接：工控网（百站） http:/ 2009-11-6 8:44:44 分类：行业资讯催化燃烧传感器主要用于检测可燃气体。它们的使用已有 50 年以上的历史。最初，这类传感器用于监控采矿厂中的气体，

7、在此之前采矿厂都是使用金丝雀来监测可燃气体。这种传感器本身设计很简单并易于制造，其最简单的形式是采用一根铂丝，正如其最初设计所使用的。全球有大量制造商在生产催化燃烧传感器，但不同制造商之间催化燃烧传感器的性能与可靠性也参差不齐。工作原理如果没有达到引燃温度，可燃气体混合物不会燃烧。然而，如果出现某种化学介质，这种气体可以在较低温度下燃烧或引燃，这种现象称为催化燃烧。多数金属氧化物及其化合物均有这种催化属性。例如火山岩，它包含各种金属氧化物，它们经常置入燃气炉具中。这不仅是为了装饰，而且能够促进燃烧过程，使炉具中的燃烧更为纯净和有效。铂、钯及钍土化合物也是良好的燃烧催化剂。这解释了为什么汽车排气

8、系统要用铂化合物来处理并称为催化转换器。这种气体传感器根据催化原理制造，因此称为催化气体传感器。气体分子在传感器催化表面氧化，其氧化温度远远低于正常引燃温度。所有导电材料的传导性均随着温度变化而变化，这称为温度电阻系数（Ct），采用每度温度变化的百分比来表示。与其它金属相比，铂具有较大的温度传导系数。而且，其温度传导系数在500C 至 1000C 之间呈线性，这也是传感器的工作温度范围。它可以改进传感器精度并简化电子电路。同时，铂还具有良好的机械属性，它具有较高物理强度，可以制成细金属丝，并将金属细丝加工成小型传感器金属珠。 而且，铂具有良好的化学属性，它耐腐蚀，并能长时间在升温条件下工作而不

9、改变其物理属性。它能够长期产生稳定的可靠信号。 用于测量催化传感器输出的电路称为威斯登电桥，这个名字用于纪念英国物理学家和发明家查尔斯威斯登（Charles Wheatstone，1802-75）。威斯登电桥常用于多种电气测量电路中。 威斯登电桥通过与已知电阻相比来测量未知电阻的电路。当气体在工作传感器表面燃烧时，燃烧热量导致温度上升，温度上升反过来又会改变传感器的电阻。由于电桥不均衡，补偿电压被作为信号而测量。参考传感器或参考珠在暴露于可燃气体期间必须保持恒定电阻，否则所测得的信号会不精确。传感器特性传感器输出直接与氧化速度成正比。输出信号约在理想混合气体 1 时达到最大，或者根据理论燃烧反

10、应化学式来计算。以甲烷为例： CH4 + 2O2 + 8N2 CO2 + 2H2O + 8N2 假设空气中有 1 份氧气和 4 份氮气，则 1 摩尔甲烷完成反应需要 10 摩尔空气。 因此，要发生理论上燃烧，1 份甲烷需要 10 份空气来完成燃烧，或者从理论上来说，空气混合物中必须存在 9.09%的甲烷。 适用于给定反应所需的比例正确的物质。 对于检测甲烷的传感器，其信号输出将按甲烷浓度的 0-5%（100%LEL）呈线性反应，随着浓度接近理想值 9%，信号迅速增强并在约 10%时达到顶点。随着气体浓度达到20%，信号开始减弱，超过 20%后，信号水平直线下降，反映气体浓度达到 100%时无信

11、号输出。催化传感器的工作受到若干因素的影响。 1. 催化剂中毒：有些化学物质会消除传感器的活性，导致传感器丧失敏感性并最终对目标气体完全无反应。导致催化传感器中毒最常见的化学物质往往含有硅，例如含有硅化合物的普通的油和润滑剂，它们用作机械添加剂。硫化合物（经常与气体一起释放）、氯气及重金属也可以导致传感器中毒。 这种中毒的原因很难查清。有些化学物质，即使浓度极低，也会完全摧毁传感器。曾有这样的例子，擦手洗剂中含有的硅导致催化传感器发生故障。 2. 传感器抑制剂：灭火器中使用的卤化合物及制冷剂中使用的氟利昂之类的化学物质会抑制催化传感器，并导致传感器暂时丧失功能。 一般而言，暴露于环境空气 24

12、 至 48 小时后，传感器才开始正常工作。这些只是几种抑制传感器性能的典型化学物质，决不可视为唯一可能的抑制剂。 3. 传感器破裂：当暴露于过高浓度、过高热量及在传感器表面发生的各种氧化反应时，传感器最终可能发生退化。这有时会改变传感器的零点和跨距偏移。 4. 校正系数：催化传感器经常校正为甲烷 0-100%LEL 满刻度范围，这是最常见的。 制造商一般会提供一组校正系数，供用户测量不同的碳氢化合物，仅需将读数与适当的校正系数相乘即可获得不同气体的读数。采用甲烷作为基本校正气体的原因在于，甲烷具有单一饱和键，与其它碳氢化合物相比，要求传感器在最高温度下工作。例如，目标气体为甲烷的典型催化传感器

13、可能要求 2.5 伏电桥电压来获得良好信号，而对于丁烷气体，相同的传感器仅需要 2.3 伏电桥电压。因此，如果传感器设定为检测丁烷，它将不能正确检测甲烷气体。 此外，甲烷是一种很常见的气体，在多种应用场合中均可见到。而且，它处理起来很方便，可以很容易地混合成各种不同的浓度。然而，应当注意的是，使用校正系数这组数字时应当非常谨慎。各种传感器之间的校正可能各不相同，即使是同一传感器，在传感器老化时，其校正系数也会发生变化。因此，要获得特定气体的精确读数，最好的方法是将传感器直接校正为目标气体。5.碳氢化合物混合物的 LEL 百分比：燃烧的发生必须符合以下要求： a. 可燃混合物 b. 氧气 c.

14、火源 有时这也称为燃烧三角。但在实际生活中，引燃可燃混合物的过程更为复杂。环境条件，如压力、温度、火源温度，甚至湿度也可以影响可燃混合物的浓度。 如果涉及两种或两种以上的化学物质，甚至难以计算和确定混合物的燃烧范围。因此，考虑最恶劣的情况并相应地校正传感器才是万全之策。而且，已经校正为某种气体 LEL百分比的传感器不一定用于其它气体。目前市场上的许多仪器的刻度单位为 LEL 百分比，但并未标明该单位以甲烷为目标气体进行校正。因此，如果该单位用于检测某些其它气体或气体混合，所获得的数据可能毫无意义。 例如，当暴露于碳含量较高的碳氢化合物中时，以甲烷为目标气体进行校正的催化传感器产生的读数可能较低

15、，而对于红外仪器，当暴露于碳含量较高的气体中时，其读数会更高。这是气体检测设备用户常犯的错误。 甲烷催化燃烧传感器介绍一、应用范围及特点* 应用范围适用于煤矿井下作业时空气中甲烷浓度测量及报警。还可对石油化工生产现场的石油液化气、天然气及家庭、商场等可燃气体泄漏进行检测和报警。是固定式和便携式安全检测报警仪的核心部件。* 主要特点（1）起燃温度低、功耗低、稳定性好，使用寿命长，大于 2 年；（2）快速响应，快速恢复；（3）结构有分体和联体防爆型；（4）极佳的线性输出特性；（5）优良的可重复性和精度。二、产品规格* 产品规格及型号说明M J C 间断工作用 J 表示，连续工作用 L 表示；额定工

16、作电压 DCV；测量范围:0-4%CH4 用 4 表示，其它可燃气体用 0100%LEL 表示；催化原理检测气体：甲烷敏感元件* MJC4 系列元件规格（可根据用户要求，提供不同规格的传感器）型号用途检测范围规格 MJC4/3.0L 固定式 煤矿:04%CH4 其它：（ 0100%LEL）3.00.1V 15010mA MJC4/3.0L 3.00.1V 12010mA MJC4/2.5L 2.50.1V 12510mAMJC4/2.8J便携式 2.80.1V 9010mA MJC4/2.5J 2.50.1V 9010mA三、产品使用和贮存环境条件* 该产品在下列环境大气条件下可正常使用：温度

17、：-10 +50 湿度：低于 95% RH风速：08m/s 大气压：80116kpa* 贮存环境条件：温度：-20 +60 湿度：低于 95% RH四、主要技术标准* 执行标准：国家安全生产监督管理总局发布的 AQ62022006煤矿甲烷检测用载体催化元件行业标准。* 主要技术指标（1）零点输出：V0-10mv +10mv（V0：空气中的输出电压）；（2）灵敏度：M20mv/1%CH4 （M：灵敏度）；（3）响应时间：达到稳定值的 90%10 秒；（4）恢复时间：恢复至稳定值的 10%30 秒；（5）输出值的稳定性：通 3.5%CH4 标准气样 3min 后，记录电桥的输出值，继续通气，电桥输

18、出值在 1min 内波动不超过：2%（6）基本误差（按 AQ62022006 标准中的方法测试）：（7）零点飘移和灵敏度漂移连续工作 15 天（连续式元件）或间断工作 1510h，应符合上表要求。五、安全及注意事项* 安全（1）元件外壳的明显处有防爆标志“Ed1”和安全标志“MA”；（2）未经国家指定防爆检验单位许可，用户不得更改元件的电路参数；（3）与该元件配接的产品必须是经国家指定防爆检验单位“联检”后通过，并发给相应特许证的产品。* 注意事项（1）元件不可从高处跌落或受到强烈撞击；（2）元件配对使用，生产单位已经过仔细选配，工作与补偿元件请不要自行拆分，否则影响测量精度；（3）不要暴露在

19、有机硅蒸汽、卤素及其化合物气体中，会污染传感器；（4）避免水浸泡元件。测量范围： % CH4 01 12 24允许误差供应可燃气体探测器(催化燃烧传感器)铝镁合金外壳当 前 价: 面议 发 货 期: 不限 最小起订: 不限 所 在 地: 北京 朝阳 供货总量: 不限 有效期至:2010-10-23 供应可燃气体探测器(催化燃烧传感器)铝镁合金外壳收藏此信息 放大图片 1 2 3 4 5 该公司共有同类“ 气体探测器 ”供应信息详细信息 可燃气体探测器(催化燃烧传感器)GQB-200A9 铝镁合金外壳产品性能及特点 全气体检测 可读使用寿命 多传感器设计技术，可应用极端环境 原装进口传感器 双窗

20、体 3+2 位显示 高亮度 LED 指示夜晚在十米外看清数值 4-20mA，Rs485 总线（可选） 全不锈钢，120dB 防爆声光报警器 壳体材料:铝镁合金 获 得 一项实用新型专利技术 两项外观专利技术 国家公安部消防型式认可 国家防爆电器检验 产品简介可燃气体探测器(催化燃烧传感器)GQB-200A9 铝镁合金外壳 是高品质的探测器代表,具有高精度显示、智能化操作及数字网络信号收发的能力. 先进的 PnP 技术允许带电更换不同类型的传感器.智能寿命计数器可在任何时间得知传感器寿命状态, 以确定是否需要更换。Rs485 及 4-20mA 双输出可接入任何现场设备.标定免开盖操作更方便.技术参数传感器类型 催化传感器工作电压 DC24V5V工作电流 3 年允许使用场所 危险场所 1 区声光报警 120dB 红光报警环境条件 室外使用型相对湿度 1095%RH(无冷凝)大气压力 86106Kpa使用温度 -40+70储存温度 -40+85传输电缆 三芯屏蔽线线径 11. 5 mm2传输距离 2Km电器接口 M20*1.5（铸铝）G3/4(不锈钢)防爆等级 ExdCT6重 量 2.5kg（铸铝）4kg 不锈钢防护等级 IP65