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红外线气体报警仪传感器正逐渐取代催化燃烧式传感器

在气体工业上,红外气体传感器取代催化燃烧的技术是个趋势。
可燃气技术的传感器应用广泛并且价格便宜,但也有容易被污染中毒、缺乏失效安全自检、要求定期维护和标定、以及使用寿命短的缺点。红外气体传感器这些年发展速度很快,克服了以上催化燃烧的缺点,在检测碳氢化合物气体时提供了快速可信的结果,以及符合IEC61508安全标准。红外传感器的价格这两年已经显著的下降,但价格仍然高于催化燃烧传感器。工业经验证明,红外传感器能很快通过减少操作和维护来降低综合成本。本文将就两种传感器的不同优缺点作出比较,以供大家了解。
催化燃烧:
催化燃烧最早起源于十九世纪六十年代采矿业,早期简单的铂丝线圈传感器由于能耗大、零点漂移严重不适合于连续操作。
当前催化燃烧检测器连接两个铂丝线圈,每个都包裹着氧化铝粘土。检测单元包裹着催化剂,可燃气通过时可促进氧化发热。
催化燃烧优点:
低成本,催化基的检测器价格低廉、供应广泛;
可使用各种可燃气,如果方法正确,可用于特殊物质检测;
装置简单,除了标准气,没有其他特殊的维护装备;
催化燃烧缺点:
很容易彻底中毒,如果暴露在有机硅、铅、硫和氯化物这些组分中,将失去对可燃气的作用;
可产生烧结物,阻止了可燃气与传感器接触;
没有自动安全防护装置,当传感器中毒后继续通电并显示零点气;
在某些环境下灵敏度会下降(特别是硫化氢和卤素);
需要最少12%的氧气体积浓度。在氧气浓度不足情况下工作效率明显下降;
如果暴露在可燃气体浓度过高的环境下,会被烧坏;
灵敏度随时间下降;
有限的寿命,传感器典型最长3-5年;
由于中毒或污染需要定期气体测试和标定偏离的信号;
红外技术:
包含一个原子以上的气体能吸收红外光,这样碳氢化合物和一些气体比如二氧化碳、一氧化碳能通过这种方式被检测。但比如氧气、氢气、氦气和氯气不能被检测。
气体被检测,是通过他们在特殊频率红外光中的吸收,由于红外光在不同分子键长中相应的共振。比如甲烷的碳原子和四个氢原子共振是3.3um.。大多数碳氢化合物吸收红外范围在3.3-3.4um,因此红外可燃气适合在此范围。二氧化碳吸收红外峰在4.2um,因此二氧化碳检测器需要不同的光过滤器。
红外传感器的输出信号非线性,并随环境温度改变。(归因于光学部分热膨胀)。因此红外检测器使用尖端的软件运算线性化0-100%范围的目标气体,并不随温度漂移。传感器对不同的气体做出响应,每个目标气体要有不同的线性数学计算。独立的传感器需要线性化。
为了区分红外吸收,气体和其他物质比如灰尘、污物和水,需要额外增加一个波长宽带为2.7-3um的传感器。碳氢化合物在此范围没有吸收峰。这可以阻止错误的报警发生和扣除干扰物质的信号。双光束设计被用来防止光学组分污染造成错误报警。
在一个典型固定报警器,红外光源和接收器固定在主机上,部分光束暴露在大气中,利用自然扩散,气体能通过光束,由于气体浓度增加红外气体被吸收较少的到达传感器。使用这种方法,接受的能量与气体浓度成反比。
红外技术优点:
非常快的反应速率:T90响应一般小于7秒;
自动故障操作:没有未被揭露的故障(电源错误、信号错误、软件错误 都能反馈给控制系统);
对污染性气体的信号抗干扰能力强;
没有消耗部分:寿命一般大于10年;
减少维护成本;
无需氧气;
高浓度气体不会烧坏;
保证不会有烧结,相应的问题也不会发生;
红外技术缺点:
购买价格高于催化燃烧检测器;
不能检测氢气;
红外传感器不能提供不同气体的线性响应:检测器对特殊气体线性化,对其他气体有响应但是非线性;
红外报警器同时也降低了维护成本,催化燃烧需要定期测试(通过标气)。有些海洋石油平台通常每六周需要测试一次。许多平台需要400个以上的传感器,这样常规测试机制,以及每3-5年需要更换一次需要耗费大量的成本。不会烧结的红外报警器可自我检测(比如灯、传感器、窗口、镜子、软件)这些都是不可恢复的问题,这样出错的可能性大大降低。较少的零点及灵敏度漂移意味着红外报警器的校准和常规维护可以6-12个月。常规维护是清洁光学组件和测试标准气。红外报警器的寿命一般大于10年,通常受限于光学组件在含尘环境中的损耗。

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