可燃?xì)怏w種類有天然氣、石油液化氣、煤氣、甲烷、乙烷、氫氣、丙烷、甲醇、乙醇、這些氣體不但易燃，也是最容易發(fā)生爆炸燃燒的，準(zhǔn)確檢測(cè)這些氣體相當(dāng)重要，其中使用的傳感器就是可燃?xì)怏w探測(cè)傳感器。

1. 可燃?xì)怏w傳感器的工作原理

可燃?xì)怏w傳感器的主要檢測(cè)方法有：催化燃燒式、半導(dǎo)體技術(shù)、紅外技術(shù)(光NDIR)三種。

半導(dǎo)體檢測(cè)主要由加熱回路、負(fù)載回路、電源回路三部分組成，利用加熱回路把半導(dǎo)體器件加熱到穩(wěn)定后，當(dāng)可燃?xì)怏w接觸到傳感器時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率就會(huì)隨可燃?xì)怏w的濃度增大而增大，形成與可燃?xì)怏w濃度成比例的輸出信號(hào)。這類傳感器的氣敏材料為二氧化錫(SnO2)，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10年，缺點(diǎn)就是穩(wěn)定性不好，老化預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，零點(diǎn)漂移大，一般用于民用可燃?xì)怏w探測(cè)器。

NDIR紅外檢測(cè)傳感器針對(duì)個(gè)別氣體，例如甲烷、乙烷、丙烷，多數(shù)可燃?xì)怏w是不能使用紅外氣體傳感器檢測(cè)的。紅外檢測(cè)傳感器運(yùn)用非色散型的紅外光NDIR對(duì)空氣中可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，利用近紅外光譜吸收與可燃?xì)怏w濃度的關(guān)系來(lái)判斷氣體濃度，具有可識(shí)別性強(qiáng)，能在復(fù)雜的背景氣體中準(zhǔn)確識(shí)別出目標(biāo)氣體濃度，使用壽命普遍在5年以上。這類傳感器響應(yīng)速度快，重復(fù)性高，輸出模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后形成氣體濃度變化數(shù)據(jù)。

催化燃燒式氣體傳感器利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)構(gòu)成測(cè)量電橋，在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無(wú)焰燃燒，載體溫度升高，內(nèi)部鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號(hào)。這類傳感器信號(hào)穩(wěn)定，零點(diǎn)穩(wěn)定，重復(fù)性好，使用壽命可達(dá)3年左右。

催化燃燒式氣體傳感器的靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)特性

上述三種可燃?xì)怏w傳感器中，催化燃燒可燃?xì)怏w傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路設(shè)計(jì)難度低，價(jià)格也較為便宜。同時(shí)，催化燃燒式氣體傳感器不會(huì)與其他非可燃?xì)怏w發(fā)生交叉感染，避免了因交叉感染而造成的檢測(cè)數(shù)據(jù)有偏差、偏差大等問(wèn)題，被廣泛用于工業(yè)及民用領(lǐng)域的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備中。

2. 催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器的使用

需要注意的是，催化燃燒式氣體傳感器是基于氣體在催化元件上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，首先導(dǎo)致的是傳感器載體表面和載體內(nèi)部的溫度變化，載體的溫度變化經(jīng)過(guò)熱傳遞最終導(dǎo)致鉑線圈電阻發(fā)生變化，從而完成傳感的全過(guò)程。由于傳感過(guò)程較為復(fù)雜，這是一大弱項(xiàng)。

其次，為了保持催化燃燒效應(yīng)，要求待檢測(cè)環(huán)境中必須有足夠的氧氣，基于檢測(cè)原理的限制，當(dāng)被測(cè)氣體中含有有機(jī)硅化合物、硫化氫化合物、鹵化物等物質(zhì)時(shí)，容易導(dǎo)致檢測(cè)元件中毒，影響傳感器性能。

催化燃燒式氣體傳感器的零點(diǎn)、靈敏度穩(wěn)定性曲線

另外，當(dāng)接觸到檢測(cè)范圍外(高濃度)的氣體或受到機(jī)械沖擊時(shí)，檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件會(huì)發(fā)生裂紋和變形，造成內(nèi)部線圈變形(元件電阻值異常)，靈敏度發(fā)生異常。因此，正確使用催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器非常重要，以下是一些注意事項(xiàng)。

(1)必須避免的情況

(1)暴露于可揮發(fā)性硅化合物蒸氣中。如果傳感器的表面吸附了可揮發(fā)性硅化合物蒸氣，傳感器的敏感材料會(huì)被硅化合物包裹住，抑制傳感器的敏感性，并且不可恢復(fù)。傳感器要避免暴露在硅粘接劑、發(fā)膠、硅橡膠、膩?zhàn)踊蚱渌杷芰咸砑觿┛赡艽嬖诘牡胤健?/p>

(2)高腐蝕性的環(huán)境。傳感器暴露在高濃度的腐蝕性氣體(如H2S、SOX、Cl2、HCl等)中，不僅會(huì)引起傳感器引線的腐蝕或破壞，還會(huì)引起敏感材料性能發(fā)生不可逆的改變。

(3)堿、堿金屬鹽、鹵素的污染。傳感器被堿金屬尤其是鹽水噴霧污染后，若暴露在鹵素，如氟利昂中，也會(huì)引起性能劣變。

(4)接觸到水。濺上水或浸到水中會(huì)造成敏感特性下降。

(5)結(jié)冰。水在敏感元件表面結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致敏感材料碎裂而喪失敏感特性。

(6)施加電壓過(guò)高。如果給傳感器施加的電壓高于規(guī)定值，即使傳感器沒(méi)有受到物理?yè)p壞或破壞，也會(huì)造成引線損壞，并引起傳感器敏感特性下降。

(2)盡可能避免的情況

(1)凝結(jié)水。在室內(nèi)使用條件下，輕微凝結(jié)水會(huì)對(duì)傳感器性能產(chǎn)生輕微影響。但是，如果水凝結(jié)在敏感材料表面并保持一段時(shí)間，傳感器特性則會(huì)下降。

(2)處于高濃度氣體中。無(wú)論傳感器是否通電，在高濃度氣體中長(zhǎng)期放置，都會(huì)影響傳感器特性。如用打火機(jī)氣直接噴向傳感器，會(huì)對(duì)傳感器造成極大損害。

(3)長(zhǎng)期貯存。傳感器在不通電情況下長(zhǎng)時(shí)間貯存，其敏感材料會(huì)產(chǎn)生可逆性變化，這種變化與貯存環(huán)境有關(guān)。傳感器應(yīng)貯存在有清潔空氣且不含硅膠的密封袋中。經(jīng)長(zhǎng)期不通電貯存的傳感器，在使用前需要更長(zhǎng)時(shí)間通電以使其達(dá)到穩(wěn)定。如果不通電貯存儲(chǔ)存時(shí)間超過(guò)半年，使用前建議老化一天。

(4)長(zhǎng)期暴露在極端環(huán)境中。無(wú)論傳感器是否通電，長(zhǎng)時(shí)間暴露在極端條件下，如高濕、高溫或高污染等極端條件，傳感器性能將受到嚴(yán)重影響。

(5)振動(dòng)。頻繁、過(guò)度振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致傳感器引線產(chǎn)生共振而斷裂。在運(yùn)輸途中及組裝線上使用氣動(dòng)改錐/超聲波焊接機(jī)會(huì)產(chǎn)生這種振動(dòng)。

(6)沖擊。如果傳感器受到強(qiáng)烈沖擊或跌落會(huì)導(dǎo)致其引線斷線。

(3) 使用建議

傳感器接入電路時(shí)，檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件的各一管腳連接在一起作為信號(hào)輸出端，檢測(cè)元件的另一管腳接負(fù)極，補(bǔ)償元件的另一管腳接正極;傳感器管座底部標(biāo)記“D”者為檢測(cè)元件，管座底部標(biāo)記“C”者為補(bǔ)償元件。

PCB組裝時(shí)，手工焊接是傳感器最理想的焊接方式，建議采用恒溫烙鐵和含氯最少的松香助焊劑，焊接溫度不大于350℃，時(shí)間不大于5秒。

以上使用條件與一般電子元器件相似，也要考慮傳感器的特殊性，否則將使傳感器性能下降。

審核編輯：湯梓紅