如何选用气敏传感器？

1.不同类型气体对传感器的要求

（1）可燃气体的检测报警

对于单纯易燃易爆的气体，设置检测报警器的目的是防止达到爆炸极限浓度，所用传感器的测定范围是从0到爆炸下限（LEL）浓度，一般用0～100%LEL表示。因此，常常把可燃气体检测器称为LEL检测器，不同种类的可燃气体的LEL值不同，差别可能较大。可燃气体检测报警器的报警浓度并不是设定在LEL值，而是远远低于LEL值，一般设有一级报警和二级报警，一级报警设定值小于或等于25%LEL；二级报警设定值小于或等于50%LEL。一级报警属于预报警，要确定泄漏点，采取控制措施，制止泄漏，或通风换气；二级报警属于危险报警。一级报警和二级报警有时也分别称为低报线和高报线。

（2）有毒气体的检测报警

有毒气体的危害主要在于对作业场所的人员造成中毒伤害，所以检测有毒气体的传感器，其检测浓度要满足职业危害因素接触限值的要求，保证作业人员不受职业伤害。

在作业环境空气中，对各种职业性有害物质常有规定的接触限值，简称为职业接触限值。不同国家、机构或团体使用的职业接触限值名称不尽相同。对作业环境空气中有害物质接触限值分为以下几种：①最高允许浓度（MAC）——指任何有代表性的采样测定均不得超过的浓度；②时间加权平均浓度（TWA）——指按8小时工作日的时间加权平均浓度规定的允许浓度；③短时间接触允许浓度（STEL）——指每次接触时间不得超过15分钟的时间加权平均允许浓度，每天接触不超过4次，且前后两次接触时间至少间隔60分钟，同时当日的时间加权平均允许浓度也不得超过；④立即致害浓度（IDLH）——指有害环境中空气污染物浓度达到某种危险水平，如可致命、可永久损害健康或可使人立即丧失逃生能力；⑤阈限值（TLV）——一般指在指定条件下不发生有害作用的允许值。

在我国《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中，对于有毒气体的检测，采用100%MAC、100%STEL和10%IDLH作为报警值的最高基准。美国政府工业卫生学会会议制定的国家标准中，采用TLV作为报警基准。

有毒气体的报警设置值宜小于或等于1MAC或1STEL，当试验用标准气调制困难时，报警值可为2MAC或2STEL。当现有检测器的测量范围不能满足测量要求时，有毒气体的测量范围可为0～30%IDLH。有毒气体的二级报警设定值不得超过10%IDLH值。《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》推荐的有毒气体检测报警值设定分为预报、警报和高报三级。

2.选择气敏传感器种类的步骤

（1）确定检测气体种类

固定式气体检测报警系统的传感器是安装在可能发生泄漏的设备处的，所以被检测的气体种类不难确定。对于储气柜和液体储罐来说，其中的物料就是检测对象；对于生产装置或设备处要检测的气体种类，除了要考虑原料和产品外，还要考虑工艺过程中的中间产物，只要是设备内存在的气体和挥发性液体物质都是检测的对象。

（2）确定检测的目的

检测目的是根据可燃气体的性质确定的，如果气体只是可燃气体，但无毒，检测的目的就是防止其在空气中浓度接近爆炸极限的下限，告诉人们是否达到报警值；如果泄漏的是有毒气体，那么不管是否可燃，检测的目的都应是防止达到或超过允许的极限浓度，保证工作人员的人身安全，使职业危害降低到国家标准接受的程度。例如，使用煤气的车间，CO即是可燃气体，又是剧毒气体，检测的目的必须保证人员不受伤害，而不是防止爆炸。

（3）了解各类传感器的性能特点

气敏传感器的种类较多，各自的检测原理不同，性能各异，适用范围也不同，正确地选择传感器的前提是熟悉各类传感器的性能特点。

接触燃烧式传感器、气敏半导体式传感器和红外吸收传感器主要应用于可燃气体的检测，其主要性能见表3-5。

表3-5 常用可燃气体气敏传感器的性能比较

①离子化能级高于所用紫外灯的能级的被测物。

②离子化能级低于所用紫外灯的能级的被测物。

气敏半导体传感器的敏感元件是半导体，半导体中掺入不同的杂质后，对特定气体的灵敏度和选择性可明显提高，但也限制了其适用范围。对SnO₂半导体，掺入ThO₂（二氧化钍）可以提高对CO的灵敏度，但对丙烷则几乎无响应；掺杂RbCl（氯化铷）、Pt、CuO也可改善对CO的响应；掺杂Ag可实现对H₂的选择性响应；在SnO₂烧结元件表面涂敷Pt-Al₂O₃可以实现对醇类无响应；在烧结体表面加V₂O₅-MoO₃-Al₂O₃催化层后，可实现对氟利昂的选择性检测。

定电位电解是传感器对低浓度有毒气体能产生比较稳定的响应，可检测浓度范围，包括允许极限范围。隔膜电极式传感器和半导体式传感器对某些有毒气体有较高的灵敏度，检出极限也较低。

（4）了解传感器所处的环境情况

接触燃烧式气敏传感器，尤其是催化燃烧式气敏传感器，会受环境气体中的硫化物、氟、氯、溴、碘等卤化物以及硅烷和含硅类化合物影响而中毒，因此，环境中这些气体浓度过高会使传感器性能降低，缩短使用寿命。例如，当空气中的H₂S含量高达0.03μL/L时，催化元件在80小时内其灵敏度降低26%；SO₂浓度达0.1μL/L时，在70小时内灵敏度降低17%；硅氧烷在0.06μL/L时，1.5小时可使灵敏度丧失70%。为了使传感器能够在恶劣环境下使用，有些厂家生产了抗毒性气体的催化燃烧式气敏传感器，其原理一般是利用碱性化合物吸收酸性的SO₂、H₂S和Cl₂，用活性炭吸附硅氧基化合物。因此，应根据使用环境中有害气体的情况，选用普通型或抗毒性催化燃烧型气敏传感器。(www.xing528.com)

从定电位电解式气敏传感器原理可知，凡是在选定电位气敏传感器情况下，能够被氧化或还原的气体都能产生信号，所共存气体有可能受交叉响应的影响，所以，不能在有交叉影响的气体共存的场所使用。在这种场所中若使用定电位电解式传感器，其测得的气体浓度值是虚假的，如氰化氢气体和硫化氢气体、二氧化硫气体和一氧化氮气体都有可能相互干扰。

因此，选择气敏传感器时要充分考虑环境共存气体的干扰问题。

（5）确定传感器的种类

接触燃烧式气敏传感器、气敏半导体传感器和红外吸收型气敏传感器主要用于检测可燃气体；定电位电解传感器、隔膜电解式气敏传感器主要用于检测有毒气体，这是比较笼统的结论，有时具体情况并不一定如此。表3-6为几种有毒气体传感器的适用范围。

表3-6 几种有毒气体传感器的适用范围

注：A——优先选用的检测器形式，O——其他可选的检测器形式，C——作为可燃气体检测式可选的检测器形式。

定电位电解式传感器几乎适用于所有无机有毒气体的检测，而催化燃烧式检测器则基本上不适用于既有毒又可燃的气体的检测。

一般情况下，选用可燃气体的传感器应遵守下列规定：①可选用催化燃烧型或红外吸收型传感器。②当使用场所空气中含有少量能使催化燃烧式传感器中毒的硫、硅、磷、铅、卤素化合物等介质时，应选用抗毒性催化燃烧型传感器或半导体传感器。③在缺氧或高腐蚀等场所，适宜选用红外吸收型气敏传感器。④氢气的检测宜选用催化燃烧型、电化学型、热传导型或半导体型传感器。⑤检测成分单一的可燃气体，适宜选择热传导型传感器。

要根据被测有毒气体的特性来选择有毒气敏传感器的类型，一般的规定是：①硫化氢、一氧化碳气体可选用定电位电解型或半导体型传感器。②氯气可选用隔膜电极型、定电位电解型或半导体型传感器。③氨气适宜选用隔膜电极式电化学传感器，丙烯腈气体可选用半导体型或定电位电解型传感器。④氰化氢气体可选用凝胶化电解（电池式）型、隔膜电极型或定电位电解型传感器。⑤氯乙烯气体、苯气体可选用半导体型或光致电离型传感器。⑥光气可选用电化学型或红外吸收型气敏传感器。

由于气敏传感器制造技术的不断发展，新型气敏传感器的不断出现，原有传感器也在不断完善，其性能也因制造厂家不同而有差异，所以在选择传感器时应特别了解其产品的技术参数。光离子化传感器具有检测限低、灵敏度高、检测浓度范围宽、适用的气体种类多等优点，既可作为可燃气体检测，也可作为有毒气体检测。

3.气敏传感器的防爆

气敏传感器安装在可能泄漏可燃气体的场所，所以传感器必须采取相应的防爆措施，具备可靠的防爆性能，避免成为引火源。根据使用场所爆炸危险区域的划分来选择传感器的防爆类型和防爆等级，组别要与被检测可燃气体的类别、级别、组别相对应或更高。催化燃烧式传感器宜选择隔爆型；电化学式传感器和半导体型宜选用隔爆型或本质安全防爆型，当采用电动吸入时，采样器应该选择隔爆型结构。气敏传感器防爆类型的选用，应符合下列规定：①根据使用场所爆炸危险区域的划分，选择检测器的防爆类型。②根据被检测的可燃气体的类别、级别、组别选择检测器的防爆等级、组别。③对催化燃烧型检测器，宜选用隔爆型。④对电化学型检测器和半导体型检测器，可选用隔爆型和本质安全防爆型。⑤对电动吸入式采样器应选用隔爆结构。

4.气敏传感器的采样方式

根据被检测气体达到检测元件的方式不同，采样方式分为扩散式被动采样和吸入式主动采样两类，其中前者利用泄漏气体的浓度差，扩散迁移进入传感器，即传感器是被动地接受气体，气体扩散速度对响应时间影响较大，但传感器结构简单；后者采用主动吸入方式，具体吸入方式有电动吸入式和气动吸入式两种，被测气体在动力作用下流经响应元件，即传感器是主动地接受气体，此类采气方式能够缩短传感器的响应时间，但结构相对复杂。

根据使用场所的不同，按以下规定选用检测器的采样方式：

1）一般情况下，宜选用扩散式检测器。

2）下列情况宜选用单点或多点吸入式检测器。

①因少量泄漏有可能引起严重后果的场所。

②由于受安装条件和环境条件死亡限制，难于使用扩散式检测器的场所。

③I级（极度危害）有毒气体释放源。

④有毒气体释放源较集中的场所。

3）采用吸入式有毒气体检测器检测可燃性有毒气体，宜选用气动吸入式采样系统。