催化燃燒式氣體傳感器的工作原理

可燃物在催化劑的作用下燃燒。與直接燃燒相比，催化燃燒溫度更低，燃燒更*。催化燃燒所用的催化劑是具有大比表面積的貴金屬和金屬氧化物的多組分物質(zhì)。例如，負載 Pd 或稀土化合物的催化燃氣灶可以降低廢氣中的 CO 含量，提高熱效率。負載0.2%pt的氧化鋁催化劑可在500℃下燃燒大部分有機物，除臭凈化至化學(xué)位移σ=1以下。催化燃燒為無(wú)焰燃燒，適用于安全要求較高的場(chǎng)合，如以H2、O2為原料的燃料電池，以汽油或酒精為原料的窯爐（催化劑浸漬Pt石棉）。例如，為了消除化工廠(chǎng)的 NOx 煙霧，可以在煙霧中添加燃料，催化燃燒可以通過(guò)負載的鉑和鈀催化劑將 NOx 轉化為 N2 氣。使用適當的催化劑，一種燃燒方法，其中有害氣體中的可燃物質(zhì)在較低溫度下分解和氧化。

　　氣體報警器的傳感器通過(guò)催化燃燒檢測氣體，稱(chēng)為催化燃燒傳感器。

　　檢測可燃氣體的儀器一般采用催化燃燒傳感器，可以看作是小型化的熱量計，其檢測原理幾十年來(lái)沒(méi)有太大變化。這是惠斯通電橋的結構。它的測量橋涂有催化物質(zhì)，在整個(gè)測量過(guò)程中不會(huì )消耗。即使空氣中的氣體和蒸汽濃度遠低于LEL，它們也會(huì )在這座橋上發(fā)生催化燃燒反應。在測量過(guò)程中，應在參考和測量電橋上施加電壓以加熱它們以引起催化反應。此溫度約為 500°C 或更高。正常情況下，電橋是平衡的，V1=V2，輸出為零。如果有可燃氣體，它的氧化過(guò)程會(huì )加熱測量電橋并提高溫度，而參考電橋溫度保持不變。該電路將測量它們之間的電阻變化，V2 > V1，輸出電壓與待測氣體的濃度成正比。

　　氧氣濃度是測量易燃易爆氣體時(shí)必須注意的問(wèn)題。催化傳感器需要至少 8-10% 的氧氣才能進(jìn)行準確測量。在可燃氣體濃度為 100% 時(shí)，本儀器的讀數將為 0% LEL！因此，在測量過(guò)程中，需要在測量易燃易爆氣體的%LEL之前先測量氧氣濃度。這就是為什么要求在密閉空間測量中必須同時(shí)測量氧氣和 LEL。如果在沒(méi)有氧氣的情況下測量LEL值，很容易得到錯誤的結果。

　　催化燃燒傳感器可以響應大多數可燃氣體。測量電橋上特定氣體的燃燒熱反映了它的燃燒熱，燃燒熱隨各種物質(zhì)的性質(zhì)而變化。因此，不同的物質(zhì)即使在相同濃度下也會(huì )產(chǎn)生不同的儀器讀數。請記住，儀器測量的是電阻變化而不是濃度變化！不同的氣體在測量橋上的表現會(huì )非常不同。通常，較大的分子會(huì )產(chǎn)生更多的燃燒熱。另一方面，較小的分子更容易進(jìn)入測量頭的燒結結構中發(fā)生反應。催化燃燒傳感器，尤其是那些測量 %LEL 的傳感器，不適用于檢測“較重"或長(cháng)鏈烷烴，尤其是那些具有高閃點(diǎn)的烷烴。

　　催化燃燒傳感器的校準也是一個(gè)重要問(wèn)題。如有可能，用戶(hù)應使用待測氣體校準儀器。這種校準一般是兩點(diǎn)校準，即“新鮮空氣校準"和“標準氣體校準"。

    大多數控制標準，例如 OSHA 1910.146 和 ANSI Z117.1-1995，使用 10% LEL 作為危險存在的閾值。許多儀器還使用 10% 作為儀器報警設置的默認值。然而，在實(shí)踐中，10% LEL 設置可能高于某些協(xié)議。在進(jìn)入密閉空間的標準中，一般要求不過(guò) 5% LEL，過(guò)該值不能進(jìn)行工作 (OSHA 1995).

     一旦過(guò)預設的警報，必須停止和撤回工作。如果可以實(shí)時(shí)檢測，10%LEL可以作為安全邊際。但必須注意，任何可檢測濃度的可燃氣體的存在都是非常危險的。

標準催化燃燒傳感器不適用于高于 LEL/LFL 水平的測量。

相對校正

　　只有用被測氣體校準儀器，才能獲得準確的測量結果。如果無(wú)法做到這一點(diǎn)，或者要測量的氣體未知，請務(wù)必選擇 10% LEL 或更低作為警報限值。

    另一種選擇是使用校正一種氣體但檢測另一種氣體的相對校準方法，即使用校正因子的方法。但是，由于傳感器之間的校正因子不同，同時(shí)在使用同一傳感器的過(guò)程中，該因子也會(huì )發(fā)生變化，因此使用這種方法存在很大的局限性。這種方法更不適用于混合物。