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可燃氣體作為清潔能源在工業和居民生活中有了廣泛的應用，可燃氣體一旦發生泄露，可能發生中毒、爆炸等嚴重后果。近年來連續發生的多起燃氣爆炸安全事故再一次給我們身邊的燃氣安全問題敲響了警鐘。一次次慘痛的燃氣安全事故告訴我們，采取有效的手段，提高燃氣安全隱患的防范能力，加強對燃氣泄漏以及燃燒產物的監控非常重要。

什么是可燃氣體？

圖源百科

可燃氣體是指能夠引燃且在常溫常壓下呈氣體狀態的物質，能夠與空氣（或氧氣）在一定濃度范圍內均勻混合形成預混氣，遇到火源會發生爆炸，燃燒過程中釋放出大量能量的氣體。

可燃氣體種類有很多，如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、天然氣、液化石油氣、城市煤氣、高爐煤氣等。

可燃氣體一旦泄漏，該如何發現它，避免事故發生呢？

圖/各類氣體爆炸極限

可燃氣體傳感器的種類？

燃氣報警器，是一種燃氣安全防范產品，當燃氣在空氣中的濃度超過設定值，可燃氣體傳感器便會被觸發產生報警。可燃氣體傳感器主要有氧化物半導體型、催化燃燒型、電化學式型以及紅外型。

一、氧化物半導體型可燃氣體傳感器

金屬氧化物半導體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導體表面，半導體表面的電子會被轉移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導體表面形成一個正的空間電荷層，導致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動（見圖1）。

半導體可燃氣體傳感器原理

在敏感材料內部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導體微晶粒的結合部位（晶界）才能形成電流。由氧吸附產生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動可燃氣體報警器，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。在工作條件下當傳感器遇到還原性氣體時，氧負離子因與還原性氣體發生氧化還原反應而導致其表面濃度降低，勢壘隨之降低(見圖2），導致傳感器的阻值減小。

圖/半導體可燃氣體傳感器

二、催化燃燒型可燃氣體傳感器

催化燃燒式氣體傳感器由對可燃氣體進行反應的檢測元件（D）和不與可燃氣體進行反應的補償元件（C）2個部分構成。如果存在可燃氣體的話汽油報警器，只有檢測元件表面可以燃燒，因此檢測元件溫度上升使檢測元件的電阻增加。

相反，因為補償元件不燃燒，其電阻不發生變化。這些元件組成惠斯通電橋回路，不存在可燃氣體的氛圍中，可以調整可變電阻（VR）讓電橋回路處于平衡狀態。然后，當氣體傳感器暴露于可燃氣體中時，只有檢測元件的電阻上升，因此電橋回路的平衡被打破，這個變化表現為不均衡電壓（Vout）而可以被檢測出來。

圖/催化燃燒型可燃氣體傳感器

三、電化學型一氧化碳傳感器

傳感器由貴金屬催化劑的檢測極、對極與離子傳導體構成。當CO等可燃檢測對象氣體存在時，在檢測極催化劑上與空氣中的水蒸氣發生式所示的反應。

CO + H2O CO2＋ 2H+ + 2e- …

檢測極與對極接通電流（短路）后，檢測極產生的質子(H+)與同時產生的電子（e-）分別通過離子傳導體與外部電線（引線）各自到達對極，在對極上與空氣中的氧之間發生式所示的反應。

（1/2）O2 + 2H+ + 2e- H2O …

也就是說此傳感器構成了由、反應式形成的反應式的全電池反應，可以認為是將氣體作為活性物質的電池。

CO + （1/2）O2 CO2 …

當做氣體傳感器使用時，接通檢測極與對極的電流，來測定其短路電流。

圖 / 電化學型一氧化碳傳感器

四、 紅外型可燃氣體傳感器

紅外型可燃氣體傳感器， 運用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的碳氫類可燃氣體進行檢測。

NDIR(non-dispersive infrared)式氣體傳感器是通過由入射紅外線引發對象氣體的分子振動，利用其可吸收特定波長紅外線的現象來進行氣體檢測的。紅外線的透射率（透射光強度與源自輻射源的放射光強度之比）取決于對象氣體的濃度。用中波段紅外線照射氣體后，由于氣體分子的振動數與紅外線的能級處于同一個光譜范疇，紅外線與分子的固有振動數發生共振后，在分子振動時被氣體分子所吸收，氣體濃度與紅外線透射率的關系符合朗伯-比爾定律。

圖/ 紅外甲烷傳感器IRM-AT

可燃氣體傳感器如何選型？

1.對可燃氣體泄漏檢測，特別是針對家用場所，在可燃氣體較低的泄漏濃度時要求能快速的檢測出來，能實現單點報警即可。另外，燃氣報警器工作于一般的家庭，必須能滿足長期免維護的要求，半導體傳感器檢測過程僅存在氣體的吸附和脫附過程，廚房內嚴重的油煙極少存留于敏感材料表面，不會影響其實際使用壽命，因此，檢測下限較低、使用壽命較長半導體氣體傳感器是家用報警器的最佳選擇。

半導體氣體傳感器選型推薦

可燃氣體傳感器/天然氣傳感器TGS2611特點：

* 低功耗

* 對甲烷氣體靈敏度高

* 使用壽命長、成本低

* 應用電路簡單

可燃氣體傳感器/天然氣傳感器TGS2611配套模塊：

甲烷氣體預校準模塊 - FSM-T-01 FSM-T-01是甲烷氣體報警器的預校準模塊。此模塊采用TGS2611傳感器配合優化的經典電路測量甲烷氣體 濃度，經過費加羅高精度的標定設備進行預校準，并以成熟的老化工藝生產。本模塊設計旨在很大限度地為 用戶節省開發及生產成本，讓用戶可以更容易酒精報警器，更簡單地制造出民用天燃氣氣體報警器。

可燃氣體傳感器/液化石油氣傳感器TGS2610特點：

* 低功耗

* 對LP、含LP成分的氣體（丙烷、丁烷）靈敏度高

* 使用壽命長、成本低

* 應用電路簡單

可燃氣體傳感器/液化石油氣傳感器TGS2610配套模塊：

日本FIGARO 可燃氣體預校準模塊 - FSM-10H-01可燃氣體傳感器預校準模塊 FSM-10H-01是一種搭載了費加羅半導體式傳感器TGS2610-D00的模塊，具有耐久性好、穩定性高的特點。此模塊可提供與被檢測濃度成比例的PWM輸出（模塊中帶有一存儲器，出廠前預標定數據存儲其中），同時，模塊還能夠檢測到傳感器斷線及短路故障。模塊操作溫度范圍廣。

2.催化燃燒氣體傳感器的精度較高可燃氣體報警器，適合煤礦、石油、化工、燃氣等領域的定量檢測。但其工作溫度高，催化劑易失活，同時周圍環境內存在的膠黏劑、橡膠制品釋放出的有機硅、硫化物極易讓催化劑中毒，導致傳感器完全失效。在工業場所，一般通過標準氣體定期校檢報警器，調整放大倍數，防止催化傳感器靈敏度衰減導致精度大幅度變差。

催化燃燒式可燃氣體傳感器TGS6812特點：

* 線性輸出

* 使用壽命長

* 對酒精靈敏度低

* 對氫氣、甲烷與LP等物質有較高靈敏度

3.針對人工煤氣和不完全燃燒過程中低濃度一氧化碳的檢測，因一氧化碳的高毒性，報警點一般不超過200ppm可燃氣體報警器，為了防止誤報或漏報警，最好選用靈敏度和精度均較高的電化學一氧化碳傳感器。

電化學一氧化碳傳感器(CO傳感器)TGS5042特點：

* 可電池驅動

* 對一氧化碳選擇性/重復性高

* 對一氧化碳具有很高的線性輸出特性

* 校準簡便易行

* 使用壽命長

* 取得UL認證

* 滿足UL2034，EN50291與RoHS的要求

4.NDIR傳感器近幾十年來在作業環境安全和氣體檢測方面發揮了重要作用。當催化燃燒式傳感器不適合使用時，NDIR傳感器則是另一項可靠的選擇。與催化燃燒式傳感器不同，NDIR傳感器不需要頻繁的重新校準，而且它們不易中毒。

紅外甲烷傳感器IRM-AT關鍵規格參數

溫度信號 熱敏電阻(NTC, R25 = 100kΩ, β= 3940 K)

工作溫度范圍 -20°C ~ +50°C (0~40°C線性補償)

存儲溫度范圍 -40°C ~ +75°C

濕度范圍 0 ~ 95% rh 非凝結

圖/可燃氣體傳感器選型導圖

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