氣體檢測的原理與方法

催化燃燒檢測器

對于常見的可燃氣LEL的檢測，通常采用催化燃燒檢測器。催化燃燒式傳感器的核心為一惠通斯電橋，其中一橋臂上有催化劑，當與可燃氣體接觸時，可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發(fā)生變化，其余橋臂的電阻不變化，從而引起整個電路的輸出發(fā)生變化，而該變化與可燃氣體的濃度成比例，從而實現(xiàn)對可燃氣體的檢測。

從以上原理可知，通過該方法檢測可燃氣，它以催化燃燒為基礎，所以它的分辨率較低。該方法的分辨率一般為1%LEL，大約為100PPm左右。所以對于有機氣體毒性的檢測不能采用該檢測方法。

LEL傳感器的靈敏度是以甲烷為代表的，由于不同氣體燃燒產(chǎn)生的熱量不同，一些分子量較大的碳氫化合物蒸汽（例如汽油、煤油）等很難擴散到傳感器電極表面進行充分燃燒，因而輸出靈敏度就較低。

常見氣體在LEL傳感器上的靈敏度與甲烷的比較見下表：

雙量程可燃氣傳感器(TC)

TC傳感器是一種可檢測氣體的爆炸下限和體積百分比濃度的傳感器，在檢測甲烷時可在LEL和VOL之間自動轉(zhuǎn)換。

TC傳感器的工作原理是：當氣體通過加熱的線圈時引起冷卻，氣體熱導部分的電阻降低，達到檢測的目的。由于每種氣體的熱導值是*的，只要檢測的氣體與對照物相比，幾乎任一種氣體都可以用TC傳感器進行檢測。

TC傳感器也需要標定，可以直接用目標氣體進行標定，也可以使用某一種參考氣體（例如甲烷）進行標定，再利用校正系數(shù)（CF）轉(zhuǎn)換到目標氣體濃度。

電化學檢測器

對于常見有毒氣體的檢測，特別是無機毒氣，一般采用的傳感器進行檢測。既定性又定量進行檢測。該類傳感器大多為電化學傳感器（也稱燃料池傳感器）。電化學傳感器分為二電極和三電極兩種類型，由擴散柵、由金或鉑等貴金屬制成的傳感電極(陰極) 、由鉛鋅等金屬制成的參比電極 (陽極) 、電解液（比如氫氧化鉀溶液或醋酸鉀溶液）等組成，三電極傳感器還增加有計數(shù)電極，另外還有外部濕度柵或過濾膜等，目標氣體在傳感電極上發(fā)生反應，產(chǎn)生的電流通過對電極構(gòu)成回路，參比電極為傳感電極提供合適的偏值。傳感器通過參比電極與傳感電極的催化劑實現(xiàn)選擇性反應，即定性反應?；芈樊a(chǎn)生的電流與氣體的濃度成正比，實現(xiàn)定量反應，并且有很寬的線性測量范圍。

對于某些電活性較弱的氣體，比如氫氣和一氧化氮等，需要在計數(shù)電極上使用一個偏置電壓，這有助于傳感器對特定化合物的檢測。

電化學傳感器性能比較穩(wěn)定、線性度好、壽命較長、耗電很小、分辨率一般可以達到0.1ppm（隨傳感器不同有所不同）。它的溫度適應性也比較寬（有時可以在-40到50°C 間工作）。然而，它的讀數(shù)溫度變化的影響也比較大。所以很多這種儀器都有軟硬件的溫度補償處理。

電解液池中的參比電極是不斷被消耗的，當電極的所有表面被氧化，電化學反應就將停止，電流輸出為零。此時，就要更換傳感器。燃料池傳感器的壽命大致可以維持一到兩年。

電化學傳感器的另一個缺點是干擾。例如CL2傳感器會對10ppm的硫化氫有大約0.3ppm的讀數(shù)，或者說，如果測量時存在10ppm的硫化氫，那么CL2的讀數(shù)應當減去0.3ppm。在某些情況下，干擾是正的，傳感器的讀數(shù)比實際值要大；有些則相反。還原性氣體，比如硫化氫和一氧化碳會在電極上氧化，而氧化性氣體，比如CL2、二氧化氮和臭氧，則在電極上還原。

氧氣傳感器：一般的氧氣傳感器為兩電極傳感器，由鉛作陽極，它的檢測原理與三電極大致相似，只是不如三電極的傳感器的輸出穩(wěn)定，壽命較短，大約為一年。

在大多數(shù)的儀器中，即使是在關(guān)機狀態(tài)，傳感器也在產(chǎn)生電流和消耗。有些儀器通過切斷電路避免電流流動來增加傳感器的使用壽命。但這種方式的弊端在于儀器開啟時重新平衡的時間加長（可能需要幾分鐘）。在重新平衡過程中，電流將重新流過電路。重新平衡需要較長時間的原因是擴散到傳感器上的氧氣已經(jīng)積聚到了電極之上，而去除氧氣的辦法就是通過電化學反應將其轉(zhuǎn)化為氧化鉛。只有將積聚的氧氣消耗殆盡才能得到準確的測量結(jié)果。一般儀器的做法是采取儀器開啟后“”的辦法，讀數(shù)開始會很高然后慢慢下降達到穩(wěn)定數(shù)值。如果儀器具有此項功能，則在儀器達到重新平衡之前不要進行調(diào)零或者校正操作。

金屬氧化物半導體傳感器

金屬氧化物半導體傳感器（MOS）是一個寬帶檢測裝置，既可以用于檢測ppm級的有毒氣體也可以用于檢測百分比濃度的易燃易爆氣體。

MOS傳感器由一個金屬半導體（比如SnO2）成。在清潔空氣中，它的電導很低，而遇到還原性氣體，比如一氧化碳或可燃性氣體，傳感元件的電導會增加。如果控制傳感元件的溫度，可以對不同的物質(zhì)有一定的選擇性。

MOS傳感器的主要缺點是非線性響應、很難解釋讀數(shù)、靈敏度較差、濕度影響較大。當濕度增加時，傳感器的輸出也增加。而當濕度降低時，它的讀數(shù)即使在存在污染物時也可能很低，甚至為零。有時由于選擇曲線錯誤，可能會有誤報警。另外一個問題是MOS傳感器對常見污染物的檢測線性范圍相對較窄。在線性范圍之內(nèi)，檢測結(jié)果很準確，而一旦濃度落在線性范圍之外，也就無法提供準確的定量測定。

光離子化檢測器 (PID)

光離子化檢測器通過一個高能量的紫外燈提供離子化的能量，揮發(fā)性有機化合物被紫外光電離后的組份被離子腔收集產(chǎn)生電流，而電流與氣體濃度成正比。

紫外燈發(fā)出的能量決定了它所能檢測的化合物的種類?，F(xiàn)在可以選擇的能量有8.4、9.5、9.8、10.0、10.2、10.6、11.7和11.8 eV（隨制造商不同）。大多數(shù)的產(chǎn)品允許在同一臺儀器上使用不同能量的紫外燈。