催化燃燒式傳感器正在被紅外線氣體報警儀傳感器所取代
在氣體工業上,紅外氣體傳感器取代催化燃燒的技術是個趨勢。 可燃氣技術的傳感器應用廣泛并且價格便宜,但也有容易被污染中毒、缺乏失效**自檢、要求定期維護和標定、以及使用壽命短的缺點。紅外氣體傳感器這些年發展速度很快,克服了以上催化燃燒的缺點,在檢測碳氫化合物氣體時提供了快速可信的結果,以及符合IEC61508**標準。紅外傳感器的價格這兩年已經顯著的下降,但價格仍然高于催化燃燒傳感器。工業經驗證明,紅外傳感器能很快通過減少操作和維護來降低綜合成本。本文將就兩種傳感器的不同優缺點作出比較,以供大家了解。
催化燃燒:
催化燃燒*早起源于十九世紀六十年代采礦業,早期簡單的鉑絲線圈傳感器由于能耗大、零點漂移嚴重不適合于連續操作。
當前催化燃燒檢測器連接兩個鉑絲線圈,每個都包裹著氧化鋁粘土。檢測單元包裹著催化劑,可燃氣通過時可促進氧化發熱。
催化燃燒優點:
低成本,催化基的檢測器價格低廉、供應廣泛;
可使用各種可燃氣,如果方法正確,可用于特殊物質檢測;
裝置簡單,除了標準氣,沒有其他特殊的維護裝備;
催化燃燒缺點:
很容易徹底中毒,如果暴露在有機硅、鉛、硫和氯化物這些組分中,將失去對可燃氣的作用;
可產生燒結物,阻止了可燃氣與傳感器接觸;
沒有自動**防護裝置,當傳感器中毒后繼續通電并顯示零點氣;
在某些環境下靈敏度會下降(特別是硫化氫和鹵素);
需要*少12%的氧氣體積濃度。在氧氣濃度不足情況下工作效率明顯下降;
如果暴露在可燃氣體濃度過高的環境下,會被燒壞;
靈敏度隨時間下降;
有限的壽命,傳感器典型*長3-5年;
由于中毒或污染需要定期氣體測試和標定偏離的信號;
紅外技術:
包含一個原子以上的氣體能吸收紅外光,這樣碳氫化合物和一些氣體比如二氧化碳、一氧化碳能通過這種方式被檢測。但比如氧氣、氫氣、氦氣和氯氣不能被檢測。
氣體被檢測,是通過他們在特殊頻率紅外光中的吸收,由于紅外光在不同分子鍵長中相應的共振。比如甲烷的碳原子和四個氫原子共振是3.3um.。大多數碳氫化合物吸收紅外范圍在3.3-3.4um,因此紅外可燃氣適合在此范圍。二氧化碳吸收紅外峰在4.2um,因此二氧化碳檢測器需要不同的光過濾器。
紅外傳感器的輸出信號非線性,并隨環境溫度改變。(歸因于光學部分熱膨脹)。因此紅外檢測器使用**的軟件運算線性化0-100%范圍的目標氣體,并不隨溫度漂移。傳感器對不同的氣體做出響應,每個目標氣體要有不同的線性數學計算。獨立的傳感器需要線性化。
為了區分紅外吸收,氣體和其他物質比如灰塵、污物和水,需要額外增加一個波長寬帶為2.7-3um的傳感器。碳氫化合物在此范圍沒有吸收峰。這可以阻止錯誤的報警發生和扣除干擾物質的信號。雙光束設計被用來防止光學組分污染造成錯誤報警。
在一個典型固定報警器,紅外光源和接收器固定在主機上,部分光束暴露在大氣中,利用自然擴散,氣體能通過光束,由于氣體濃度增加紅外氣體被吸收較少的到達傳感器。使用這種方法,接受的能量與氣體濃度成反比。
紅外技術優點:
非常快的反應速率:T90響應一般小于7秒;
自動故障操作:沒有未被揭露的故障(電源錯誤、信號錯誤、軟件錯誤 都能反饋給控制系統);
對污染性氣體的信號抗干擾能力強;
沒有消耗部分:壽命一般大于10年;
減少維護成本;
無需氧氣;
高濃度氣體不會燒壞;
保證不會有燒結,相應的問題也不會發生;
紅外技術缺點:
購買價格高于催化燃燒檢測器;
不能檢測氫氣;
紅外傳感器不能提供不同氣體的線性響應:檢測器對特殊氣體線性化,對其他氣體有響應但是非線性;
紅外報警器同時也降低了維護成本,催化燃燒需要定期測試(通過標氣)。有些海洋石油平臺通常每六周需要測試一次。許多平臺需要400個以上的傳感器,這樣常規測試機制,以及每3-5年需要更換一次需要耗費大量的成本。不會燒結的紅外報警器可自我檢測(比如燈、傳感器、窗口、鏡子、軟件)這些都是不可恢復的問題,這樣出錯的可能性大大降低。較少的零點及靈敏度漂移意味著紅外報警器的校準和常規維護可以6-12個月。常規維護是清潔光學組件和測試標準氣。紅外報警器的壽命一般大于10年,通常受限于光學組件在含塵環境中的損耗。
紅外傳感器的價格近年已經顯著下降,雖然價格還是明顯高于催化燃燒,但實踐經驗表明,紅外傳感器的成本能通過減少維護成本來降低。