催化燃烧式传感器概述

催化燃烧式气体传感器一、用途及主要特点1、用途催化燃烧式气体传感器利用其氧化燃烧特性检测空气中可燃气含量，是可燃气体专用传感器。由于它的性能好、成本低，是当前国内外使用最多的可燃气传感器。现在，我们国内生产传感器的敏感元件，达到了国际水平，已向欧美出口。

催化燃烧式气体传感器的特点：

①对所有可燃气体的响应有广谱性，在空气中对可燃气体爆炸下限浓度（%LEL）以下的含量，其输出信号接近线性（60%LEL以下线性度更好）

②对非可燃气体没有反应，只对可燃气有反应，无干扰；

③传感器结构简单、成本低；

④不受水蒸气影响，对环境的温湿度影响不敏感，适于野外使用。

但是，它也有一些缺点：

①工作温度高，一般元件表面温度200℃～300℃ ，内部可达700℃～800℃，传感器不能做成本安型结构，只能做成隔爆型；

②工作电流较大，国内产品100mA，国外产品200 mA ～300 mA，电流功耗大，不易做成总线连接；

③元件易受硫化物、卤素化合物等中毒影响，降低使用寿命；

④　在缺氧环境下检测指示值误差较大。

催化燃烧式气体传感器有金属丝催化元件和载体催化元件两种。前者现在使用较少，这里只介绍载体元件的传感器。

二、催化燃烧式气体传感器的结构原理

1、传感器敏感元件结构

  催化燃烧式气体传感器是由两个传感器敏感元件和两支固定电阻组成的惠斯通电桥。两个敏感元件如图2-2所示，1为敏感元件，2、3为接线柱，4为元件架，焊接好后，将a,b两种元件封装在隔爆型腔体内（不锈钢外壳用环氧封装，顶部是透气隔爆层）。

敏感元件如图2-3所示，在0.01~0.08mm的铂金丝绕制的线圈上烧结AL₂O₃载体，在其表面浸涂铂族金属催化剂（经物化过程形成理想的催化层），成为检测元件a（黑件），另一元件只有相同的载体，但无催化剂，为参比元件b (白件)。

2、工作原理

  检测桥路如图2-4所示：黑白两件的铂金丝是桥路电阻，又是加热器，使催化剂在高温下产生催化作用，两固定电阻R₁、R₂，与黑白两件电阻值相匹配。当无可燃气时，桥路平衡，输出信号为零。当有可燃气进入两元件腔体时，在黑件表面进行催化氧化，放出热量，使其温度升高、电阻升高，而白件电阻值不变，此时桥路不平衡，输出的信号与可燃气含量成正比

三、催化燃烧式传感器指示刻度

1、氧气对指示值的影响

传感器的检测原理是可燃气体在催化剂作用下与氧气发生氧化反应，放出热量，例如甲烷（CH₄）检测反应如下：CH₄＋2O₂＝CO₂＋2H₂O＋891.8KJ

从化学反应式看出，两种物质发生化学反应时，必须具有一定的当量，才能产生最大热量。在爆炸下限以下浓度，氧气过剩，产生的热量随甲烷增加而增加。在爆炸范围以上，甲烷增加，由于缺氧，产生的热量反而降低，仪器指示值下降。另外，在空气中氧含量较少的场合，例如氮气置换的设备内部，也不能准确检测可燃气含量，这在动火分析时，特别要注意。

2、用爆炸下限的百分数做刻度的一致性

催化燃烧式传感器，对不同的可燃气氧化燃烧热差别很大。如果以百分浓度做仪器的刻度，一种可燃气对应一种刻度，如上所述，指示刻度有双重性，对安全检测来讲，爆炸下限以上的浓度，已无检测的价值。

在爆炸下限的浓度，各种可燃气氧化燃烧热量近似相等，所以，以爆炸下限百分数做刻度（以100%LEL做满刻度），用一种异丁烷气标定，可以测定多种烷烃和烯烃类可燃气。对可燃的无机气体差异较大，需单独标定，检测才能准确。                                    四、催化燃烧式传感器的中毒和寿命

传感器的催化剂与其他催化剂一样，有中毒现象发生，受硫化物、卤素化合物以及Si、Sb、Pb等物质的影响，其催化活性（传感器的灵敏度）会逐渐下降，称之为传感器中毒。使用时，要注意中毒物质，要尽可能选择抵抗中毒能力较强的传感器为好。

传感器受中毒物质的毒害和长期加热以及表面污染等影响，传感器的灵敏度会缓慢下降，可通过定期标定增加电路放大器的放大倍数来解决。但是，当传感器的寿命终结时，其灵敏度会急剧下降，不能使用，必须更换。一般传感器的寿命3~5年，比电化学式传感器寿命较长，比红外式和光离子化式较短。其寿命与使用环境和正确维护有很大关系。