將紅外氣體傳感器應(yīng)用在現(xiàn)有的催化燃燒原理氣體檢測(cè)儀上,快速替換催化燃燒原理傳感器,使氣體檢測(cè)設(shè)備廠家迅速得到換代升級(jí)產(chǎn)品,完成從催化燃燒原理到紅外檢測(cè)原理的轉(zhuǎn)變,向用戶提供高穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)、長壽命的紅外檢測(cè)原理高端產(chǎn)品。Dynament非色散紅外傳感器的推出將轉(zhuǎn)變可燃性氣體和CO2檢測(cè)的價(jià)值觀念并整體提高檢測(cè)水平。
檢測(cè)可燃性氣體的傳感器有催化燃燒和紅外吸收兩種原理,各生產(chǎn)廠家通常使用催化燃燒原理的傳感器,而很少使用價(jià)格較高,穩(wěn)定性更好,準(zhǔn)確度高,抗干擾能力強(qiáng),適用惡劣環(huán)境、維護(hù)少、壽命長的紅外檢測(cè)原理傳感器。紅外檢測(cè)原理傳感器一般被視為檢測(cè)可燃性氣體的高端產(chǎn)品。但由于價(jià)格方面的因素,在實(shí)際應(yīng)用中很難替代催化燃燒原理傳感器的檢測(cè)儀,并得以推廣。
可燃性氣體的檢測(cè)原理
催化燃燒原理傳感器包括一個(gè)惠斯通電橋結(jié)構(gòu),電橋測(cè)量橋(鉑金絲電橋)上涂有催化劑。測(cè)量時(shí),在參比和測(cè)量電橋上施加電壓使之加熱從而發(fā)生催化燃燒反應(yīng),溫度大約是500℃或者更高。正常情況下,電橋是平衡的,V1=V2,輸出為零。
如果有可燃?xì)怏w存在,它的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生熱量,電橋溫度升高、電阻發(fā)生變化,而參比橋不變。兩個(gè)電橋之間產(chǎn)生壓差,輸出一個(gè)電壓信號(hào),這個(gè)信號(hào)值同被測(cè)氣體的濃度成正比。
催化燃燒原理傳感器對(duì)大部分可燃性氣體都產(chǎn)生反應(yīng),它檢測(cè)的可燃?xì)鉂舛戎凳黔h(huán)境中各種可燃?xì)鉂舛鹊木C合值,同時(shí)這個(gè)燃燒反應(yīng)是一個(gè)需要有氧氣參加的反應(yīng),即被檢測(cè)環(huán)境中的氧氣含量不能太低,當(dāng)氧氣含量低于16%時(shí)它的檢測(cè)值就會(huì)偏低。另一個(gè)因素是當(dāng)環(huán)境中存在含硅、氯、硫的化合物時(shí),傳感器會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象,使檢測(cè)的靈敏度嚴(yán)重降低甚至造成傳感器失效。
這種原理傳感器設(shè)計(jì)和制造相對(duì)簡(jiǎn)單,因而價(jià)格較低,不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品價(jià)格從幾十元到幾百元,進(jìn)口傳感器每只也僅1 000元左右。但傳感器的穩(wěn)定性較差,它只能檢測(cè)低于爆炸下限的可燃?xì)鉂舛?,氣體濃度過高或長時(shí)間接觸低濃度氣體都會(huì)造成傳感器的靈敏度大幅度下降或損壞,正常情況下每半年須用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)傳感器進(jìn)行一次校準(zhǔn)(在特殊環(huán)境中,如中國的煤礦經(jīng)常存在較低濃度的可燃?xì)?,傳感器須?周校準(zhǔn)測(cè)試一次)。
紅外吸收原理檢測(cè)器是利用比耳-朗格紅外吸收定律,即不同氣體對(duì)特定波長的光有吸收,吸收的強(qiáng)度和氣體的濃度成正比。
這種紅外原理檢測(cè)器包括紅外光源發(fā)射和紅外光線接收兩部分以及外圍處理電路,各個(gè)生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)思路不同,有對(duì)射式(一個(gè)發(fā)射和一個(gè)接收兩個(gè)部件)和反射式(通過光學(xué)反射鏡將發(fā)射出去的光線反射回來在同一個(gè)部件中)兩種方式。
傳統(tǒng)的紅外原理檢測(cè)器之所以不能稱為“傳感器”的原因就是,他們的檢測(cè)元件不是一個(gè)模塊或者說不能成為單獨(dú)的一個(gè)部分,它們的發(fā)射和接收或反射不是在同一個(gè)模塊內(nèi)組成的,而是分成不同的部分,一般體積都較大。因?yàn)榧t外吸收的是特定波長的光線,對(duì)光源或分光部件、光源的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求都很高,反射、接收部分也是要求極高的光學(xué)部件,因此價(jià)格一般都較為昂貴,所以使用和推廣在很大程度上受到限制。而且光學(xué)部件會(huì)被環(huán)境中的灰塵覆蓋,使透光或反射的強(qiáng)度降低,造成檢測(cè)器的故障報(bào)警,成為這種檢測(cè)器的一大缺陷。
非色散紅外原理NDIR(NonDispersiveInfrared)傳感器是最近幾年才面世的一種新技術(shù)。它大大降低了利用紅外原理檢測(cè)可燃性氣體和CO2氣體的成本,也使紅外原理檢測(cè)儀在檢測(cè)可燃性氣體領(lǐng)域的推廣成為可能,而且是今后實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)趨勢(shì)和方向。
這里我們稱之為傳感器,是因?yàn)樗捏w積很小,功能穩(wěn)定,完全是一個(gè)可插拔的模塊。
非色散紅外原理是應(yīng)用濾光片把紅外光分成所需要的一個(gè)很小波段的光譜線,被檢測(cè)的氣體對(duì)這個(gè)很小波段的光譜線吸收。這樣的傳感器一般包括:一個(gè)紅外發(fā)射光源、光通路(吸收區(qū))、2個(gè)濾光片分光(1個(gè)檢測(cè)被測(cè)氣體需要的光譜波段、另1個(gè)作為不被被測(cè)氣體吸收的參比光譜波段)和接收轉(zhuǎn)換器幾個(gè)部分。
英國Dynament公司研發(fā)的最新型非色散紅外傳感器運(yùn)用了非色散紅外技術(shù),通過濾光片得到所需要的波段。非色散紅外傳感器改變了傳統(tǒng)紅外檢測(cè)器的結(jié)構(gòu),它不再使用單獨(dú)的光學(xué)部件,也沒有單獨(dú)的發(fā)射和接收部分,大大縮小了檢測(cè)儀的體積。非色散紅外傳感器除保持了穩(wěn)定性、抗干擾性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)外,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)還避免了粉塵對(duì)檢測(cè)的影響。
受價(jià)格因素的影響,目前檢測(cè)可燃性氣體的檢測(cè)儀大部分仍采用催化燃燒原理,與紅外原理檢測(cè)儀比較,其優(yōu)勢(shì)非常明顯。
研發(fā)生產(chǎn)一種具有全部上述優(yōu)點(diǎn)的紅外原理可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,而且又具備競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)格,成為氣體檢測(cè)儀表廠家的一個(gè)夢(mèng)想。這也是英國Dynament公司推廣使用非色散紅外原理傳感器的目的,它具有很高的性價(jià)比,對(duì)用戶的要求低,即在原生產(chǎn)的檢測(cè)儀的電路上稍加改動(dòng)就完全把自己的產(chǎn)品更新成先進(jìn)的氣體檢測(cè)儀表,更好的為企業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。
非色散紅外原理傳感器的技術(shù)難題
濾光片是非色散紅外原理傳感器中的主要部件,由幾十層晶體結(jié)構(gòu)組成,它的性能穩(wěn)定性決定了整個(gè)傳感器檢測(cè)的穩(wěn)定性。這種晶體結(jié)構(gòu)的濾光片受溫度的影響很大,所以處理好濾光片受溫度影響的特性決定了傳感器的質(zhì)量。研發(fā)技術(shù)人員通常使用溫度補(bǔ)償功能來解決濾光片受溫度影響的問題,因而傳感器的溫度補(bǔ)償功能成為研發(fā)、生產(chǎn)氣體檢測(cè)儀不可缺少的重要環(huán)節(jié)。由于每個(gè)紅外傳感器的晶體結(jié)構(gòu)的濾光片受溫度變化影響的程度不同,如何做好溫度補(bǔ)償功能成為研發(fā)技術(shù)人員的一大難題。
每個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的濾光片的溫度特性都有差異,所以不能按同一溫度特性對(duì)不同的濾光片進(jìn)行相同的溫度特性補(bǔ)償,只有專業(yè)技術(shù)人員通過詳細(xì)的性能檢測(cè)才能確定完成。但是由于溫度特性檢測(cè)是針對(duì)每一個(gè)濾光片進(jìn)行的,很多的專業(yè)生產(chǎn)廠家不能自己完成。目前有些生產(chǎn)紅外傳感器的廠家在傳感器上為用戶提供一個(gè)溫度傳感器信號(hào)和一個(gè)氣體檢測(cè)傳感器信號(hào),用戶須自己做溫度補(bǔ)償電路、處理溫度傳感器提供的信號(hào)以及對(duì)氣體檢測(cè)傳感器的濾光片進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這樣的溫度補(bǔ)償對(duì)用戶仍然是一種挑戰(zhàn),即使技術(shù)力量很好的用戶也很難做出性能穩(wěn)定的檢測(cè)儀表,這也成為很多生產(chǎn)氣體檢測(cè)儀的廠家對(duì)生產(chǎn)自己的紅外檢測(cè)儀望而卻步的原因。