氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)(gds)由可燃/有毒氣體檢測(cè)器、現(xiàn)場報(bào)警器、報(bào)警控制器等組成。昌暉儀表在本文分享gds系統(tǒng)常用半導(dǎo)體式氣體檢測(cè)器、催化燃燒式氣體檢測(cè)器、定電位電解式氣體檢測(cè)器、迦伐尼電池式氧氣檢測(cè)器、紅外式氣體檢測(cè)器和光離子化氣體檢測(cè)器的檢測(cè)原理、優(yōu)缺點(diǎn)。
在發(fā)生可燃/有毒氣體泄漏時(shí)，gds系統(tǒng)在現(xiàn)場、控制室等操作人員可能涉足或駐守之處同時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒操作人員緊急疏散或采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，也可聯(lián)鎖開啟/關(guān)閉所在區(qū)域的風(fēng)機(jī)或其他設(shè)備，減輕由于氣體泄漏可能造成的危害，避免惡性事故的發(fā)生。gds也可與消防控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，避免火災(zāi)的發(fā)生，或減輕火災(zāi)損失。
gds的報(bào)警控制器應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，不應(yīng)與其他過程控制系統(tǒng)(如dcs等)合用，以保證過程控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停用時(shí)，gds仍保持正常工作狀態(tài)。
當(dāng)gds參與安全聯(lián)鎖時(shí)，相關(guān)的gds設(shè)備的配置應(yīng)滿足安全聯(lián)鎖回路的安全完整性等級(jí)的要求：
①可燃/有毒氣體檢測(cè)器信號(hào)直接送至安全儀表系統(tǒng)時(shí)，檢測(cè)器的配置應(yīng)滿足相應(yīng)安全完整性等級(jí)的要求。
②可燃/有毒氣體檢測(cè)器信號(hào)通過報(bào)警控制器送至安全儀表系統(tǒng)時(shí)，檢測(cè)器及報(bào)警控制器的配置均應(yīng)滿足相應(yīng)安全完整性等級(jí)的要求。
氣體傳感器的分類
可燃/有毒氣體檢測(cè)器的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為三大類：
①利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器，如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
②利用物理性質(zhì)的氣體傳感器，如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。
③利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器，如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
目前常用六種傳感器類型
1、半導(dǎo)體式氣體檢測(cè)器
①檢測(cè)原理
采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，利用其與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化，通過對(duì)變化量的比較，激發(fā)報(bào)警電路，如下圖所示。
②檢測(cè)氣體
可燃?xì)怏w、有毒氣體。
③優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：成本低廉、靈敏度高、檢測(cè)范圍廣、反應(yīng)靈敏、對(duì)濕度敏感低、壽命長。
缺點(diǎn)：需在高溫下工作，對(duì)氣體的選擇性差，穩(wěn)定性較差，精確度不高，功率要求高，當(dāng)探測(cè)氣體中混有硫化物時(shí)容易中毒。
2、催化燃燒式氣體檢測(cè)器
①檢測(cè)原理
由2只固定電阻構(gòu)成惠斯登檢測(cè)橋路。當(dāng)含有可燃性氣體的混合氣體擴(kuò)散到檢測(cè)元件上時(shí)，迅速進(jìn)行無焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使熱絲電阻值增大，電橋輸出一個(gè)變化的電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃?xì)怏w的濃度成正比，如下圖所示。
②檢測(cè)氣體
可燃?xì)怏w。
③優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：選擇性好、反應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)、不易產(chǎn)生誤報(bào)、與其他非可燃?xì)怏w的無交叉干擾、控制可靠。壽命3年左右。
缺點(diǎn)：無 氧或缺氧環(huán)境中不能工作(至少8%~10%的氧氣)，不能檢測(cè)高閃點(diǎn)和長鏈的烷烴類等可燃?xì)怏w，不能檢測(cè)高濃度可燃?xì)怏w。
④傳感器中毒和抑制
◆高濃度含硅化合物會(huì)使傳感器立即損壞。
◆某些物質(zhì)會(huì)被催化劑吸收或形成新的化合物從而抑制催化反應(yīng)，如鹵代烴。
◆某些物質(zhì)具有上述兩種影響，高濃度會(huì)使傳感器立即失效，較低濃度則對(duì)靈敏度有輕微影響。如硫化氫。
◆高濃度混合物會(huì)對(duì)催化燃燒傳感器的精確度造成影響，對(duì)于測(cè)量橋的過分加熱會(huì)加速催化劑的蒸發(fā)，這會(huì)使傳感器的靈敏度部分或全部降低。過熱還會(huì)燒毀測(cè)量電橋。暴露于氧氣不足時(shí)的更高濃度的易燃易爆氣體之中，則會(huì)導(dǎo)致炭黑在燒結(jié)表面的沉積，而炭黑的積聚會(huì)導(dǎo)致傳感器爆裂而損壞電路。
◆可能對(duì)傳感器中毒的物質(zhì)有：含鉛化合物(尤其是)、 含硫化合物、硅類、含磷化合物。
◆可能對(duì)傳感器抑制的物質(zhì)有：硫化氫、鹵代烴。
◆為減少這些損壞的發(fā)生，有些儀器會(huì)在濃度接近99%lel時(shí)關(guān)閉電路，并指示超標(biāo)和警報(bào)。
3、定電位電解式氣體檢測(cè)器
① 檢測(cè)原理
定電位電解式氣體傳感器由膜電極和電解液灌封而成，氣體將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。定電位電解式氣體傳感器檢測(cè)原理如下圖所示，在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)，安裝工作電極、對(duì)電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在對(duì)電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng)，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體濃度成正比。
②檢測(cè)氣體
除氧氣和voc以外的絕大部分有毒有害氣體。
③優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快、精度高(ppm級(jí))，能夠定量檢測(cè)，穩(wěn)定性好。
缺點(diǎn)：成本高，對(duì)濕度敏感高，壽命較短(小于等于兩年)。
4、迦伐尼電池式氧氣檢測(cè)器
①檢測(cè)原理
隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu)：在塑料容器的一面裝有對(duì)氧氣透過性良好的厚10~30μm的透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬(鉑、黃金、銀等)陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極(用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬)，如下圖所示。氧氣在通過電解質(zhì)時(shí)在陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使陽極金屬離子化，釋放出電子，電流的大小與氧氣的多少成正比。
②檢測(cè)氣體
氧氣。
③優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快，能夠定量檢測(cè) (0~30%),穩(wěn)定性好。
缺點(diǎn)：成本高，由于整個(gè)反應(yīng)中陽極金屬有消耗，所以傳感器需要定期更換，壽命較短(大于等于2年)。
5、紅外式氣體檢測(cè)器
①檢測(cè)原理
利用氣體對(duì)某個(gè)特定波長的吸收原理進(jìn)行檢測(cè)。傳感器設(shè)雙通道雙射線，雙射線形成參考波與分析波兩種波長。當(dāng)可燃?xì)怏w或co2經(jīng)過紅外射線時(shí)，吸收分析波的能量，卻不影響參考波長，將分析波長與參考波長進(jìn)行比較，形成的差異與氣體的濃度成正比線性關(guān)系，從而準(zhǔn)確測(cè)出氣體濃度，如下圖所示。
②檢測(cè)氣體
多數(shù)碳?xì)浠衔锟扇細(xì)怏w、二氧化碳。
③優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)靈敏，檢測(cè)精度高，抗中毒性好，可在缺氧和高濃度氣體環(huán)境中檢測(cè)，使用壽命長(5年以上)；能夠代替直線視域內(nèi)(不小于3300f
t=100m)的多個(gè)點(diǎn)式氣體檢測(cè)器；同時(shí)適用于對(duì)抗惡劣天氣。
缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
6、pid(photo ionization detectors)光離子化氣體檢測(cè)器
①檢測(cè)原理
由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正負(fù)電極，形成電場，有機(jī)揮發(fā)物分子在高能紫外線光源激發(fā)下，產(chǎn)生負(fù)電子并形成正離子，這些電離的微粒在電極間形成電流，經(jīng)檢測(cè)器放大和處理后輸出信號(hào)，最終檢測(cè)到ppm級(jí)的濃度，如下圖所示。氣體在被檢測(cè)后，離子重新復(fù)合成為原來的氣體和蒸氣，光離子化氣體傳感器是一種非破壞性檢測(cè)器，它不會(huì)“燃燒”或性改變待測(cè)氣體。
②離子化電位
所有的元素和化合物都可以被離子化，但所需能量不同，可將化合物離子化的能量稱為“電離電位”(ip)，它以電子伏特(ev)為計(jì)量單位。
由uv燈發(fā)出的能量也以ev為單位。如待測(cè)氣體的ip低于燈的輸出能量，那么，這種氣體就可以被離子化。反之，如果待測(cè)氣體的ip高于燈的輸出能量，那么，這種氣體就不能被離子化。
③檢測(cè)氣體
低濃度的揮發(fā)性有機(jī)物，尤其是其他原理難以檢出的苯、cs2、酚類、酮類、醛類等。
④優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)靈敏，檢測(cè)精度高，響應(yīng)時(shí)間短，抗中毒性好，非破壞性檢測(cè)，可在缺氧環(huán)境中檢測(cè)。
缺點(diǎn)：成本高，高濕度和粉塵對(duì)其影響大。
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