催化燃烧传感器参数的定义

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1、催化燃烧传感器参数的定义(总8页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel-CAL -本页仅作为文档封面，使用请直接删除催化燃烧传感器参数的定义(一)供电方式和被测气种2016-02-15 11:06:011. 供电方式(OperatingPrinciple)定义：催化燃烧传感器因为是成对使用的，俗称黑白珠，因此，它也叫催化珠，催化珠是串联使用的，供电方式有恒电压和 恒电流之分。多数催化珠是恒压使用的，但也有少量催化珠是恒流工作的。催化燃烧传感器功率一般较大，通常是几百毫瓦。催 化燃烧传感器有一个特点，功率越大的催化珠，其长期稳定性也会相对较好，但缺点就是珠子太大，

2、震动中容易断丝，下图 1-1 是催化颗粒原理图11TIIT1叢薩号:GASENSOR图1-1催化颗粒原理图问：给催化珠的供电电压误差要控制在多少？ 答：催化珠在出厂的时候都是经过严格配对的，也就是说检测元件“黑珠”和补偿元件“白珠”冷态电阻和工作热态电阻几 乎是一模一样的。尽管如此，我们还是希望用户的供电电压一致性要好，供电电压尽量控制在 3%以内，下图 1-2 是推荐操作电 路。输出图1-2问：除了供电电压的误差，还有什么参数是供电芯片的比较重要的参数？答：温度漂移，或称温度系数。因为催化珠的输出电压随可燃气体浓度变化很微弱，基本上是1%LEL的浓度变化只对应几百 微伏。所以，如果供电芯片的

3、温度系数过大，催化珠的电压输出就会有温度漂移，最终导致传感器的零点温度特性不是一条水平 的直线。问：在给催化珠上电的瞬间，催化珠会损坏吗？ 答：损坏的可能性是有的。当催化珠冷态的时候，电阻是工作状态时候的大约1/2。也就是说，当恒流工作的时候，每次上 电，催化珠都会经受一次大电流的冲击，这像打开白炽灯的瞬间一样。白炽灯不是在开灯的瞬间最容易断丝吗？最近，有一些客户应用会在几分钟内让催化珠开关一次，从而导致催化珠损坏。因此，本人建议，在上电的短暂时间里，为 催化珠做恒流上电、或做电压台阶式上电。2. 被测气种(Gas Detected)定义：催化燃烧传感器的标准被测气体是甲烷CH4，而且浓度范围

4、为5%vol。当然，也有专门用于测乙炔的催化珠。除了 CH4之外，绝大多数可燃气也是可以用催化珠检测的，例如：CO、H2、NH3、C2H6等等。上表是City的催化燃烧传感器 CAT-16的交叉干扰表。但要注意，不同厂家的催化珠交叉干扰是不一样的，千万不要套用。问：是不是所有的可燃气体都能够用催化燃烧传感器测呢？答：不是的。含有卤素的碳氢HC类有机物就会使催化珠中毒，卤素包括氟、氯、溴、碘。含有有机硅的挥发性气体也会使 催化珠中毒，有机硅大量存在于工业环境，例如润滑油的挥发物。含有硫的气体也会使催化珠中毒，例如H2S和SO2。问：如果没有会让催化珠中毒的元素，那是不是其他任何可燃气都能测呢？

5、答：也不是这样。碳链长度超过4个碳的气体，用催化珠测量效果也不好。这涉及到一个失效的原因积碳。因为催化珠 上的催化剂是十对催化CH4而开发的，因此催化珠在催化碳链较长的可燃气时，催化活性可能会不够，从而造成碳粉堆积在催化 珠上，造成灵敏度下降。另外，如果碳链过长，意味着气体的比重会比较大，这些气体在工业环境会贴着地面蔓延，而固定式仪 表的表头通常是离地面30CM，气体可能会无法进入传感器，下图1-3为固定仪表。图1-3 问：如果气体中含有卤素、有机硅、硫或长的碳链，用什么办法测呢？ 答：如果是这样的被测气体，那我推荐用红外原理的仪表来测量，例如NDIR原理的气体检测仪表。NDIR原理的仪表检测

6、 限比催化燃烧传感器更低，寿命长很多倍，不需要氧气参与，也永远不会中毒。如果被测气体比重比较大，我推荐采用泵吸式的 采样方法，这样不仅相应速度快，而且检测限更低。催化燃烧传感器参数的定义(二)测量范围和工作电压2016-02-15 09:52:453. 测量范围(MeasurementRange)定义：一般说来，催化燃烧传感器的测量范围是1OO%LEL的甲烷CH4。当然，如果被测气体不是CH4，也有可能超过 1OO%LEL 或不到 1OO%LEL。问：1OO%LEL是什么意思？答：LEL(Low Explosion Level)是爆炸下限的意思，也就是说，当可燃气浓度在1OO%LEL以下的时候

7、，气体即使用火点，也 是不会爆炸的。如果浓度超过1OO%LEL，且有氧气和火花点燃，就会爆炸。甲烷的LEL是5%vol，即5%vol对应1OO%LEL。再 举个换算的例子，5O%LEL对应多少%vol呢？简单地算一下，是2.5%vol，即5%vol的一半。问：当用测CH4的催化珠测其他可燃气体的时候，校正因子是如何计算的？答：校正因子(Relative Response或Correction Factor)都是实测的。CF和EC传感器的交叉干扰系数是类似的，计算方法 也是类似的。一些品牌的催化珠会给出CF，如果不在这份清单中，也是可以测的，但需要自己做些实验来验证，下图1-1是一些 气体对应的

8、校正因子.图1-1问：如果可燃气浓度很低或很高，例如超过100%LEL之后，会发生什么呢？答：如果可燃气浓度很低，例如PPM级别的浓度，催化燃烧传感器是无法分辨的。因为过低的气体浓度产生的热量不足以 改变催化珠的温度，催化珠的电阻也就不会改变，所以无法检测。如果可燃气超过100%LEL，催化珠的温度会过高，催化珠上的 陶瓷材料会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被淹没，造成灵敏度降低。另外，如果是高浓度的HC类气体，催化剂会 来不及催化，从而造成催化珠积碳，即一层碳粉堆积在催化珠表面，造成灵敏度降低。4. 工作电压(OperationVoltage) 定义：催化珠能够正常工作的电压，电压是加在

9、两个串联的催化珠之上的，这个电压有一个允许的范围。高于或低于允许的 工作电压，催化珠都不能得到很好的性能。问：如果供电电压低于工作电压，会发生什么？ 答：如果供电电压过低，那么催化珠的温度就不到催化剂能够正常工作的温度，导致其灵敏度会过低，甚至不会发生催化反 应。另外，灵敏度还会随着温度的变化而变化，最终导致灵敏度的温度特性不好，下图1-2是推荐操作电路。流电压图1-2问：如果供电电压高于工作电压，会发生什么？ 答：如果供电电压过高，那么催化珠上的多孔陶瓷会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。问：如果采用脉冲式供电，需要注意些什么？ 答：首先，催化珠必须是为脉冲式供电

10、而设计的，并且经过严格的测试，特别是高低温和有机硅抗毒实验；其次，脉冲式供 电最好是恒流供电，因为过多的电流冲击会损坏催化珠。催化燃烧传感器的定义(三)灵敏度和工作温度范围2016-02-15 09:48:555. 灵敏度(Sensitivity)定义：催化燃烧传感器的输出是电压输出，一般用通入1%vol甲烷的输出电压改变量来衡量催化燃烧传感器的灵敏度。灵敏 度的范围可以从几个mV/%volCH4到二十几mV/%vol CH4。问：催化燃烧传感器的灵敏度是越高越好吗？答：不是的。灵敏度高往往意味着催化珠的铂金丝比较细，热容小，传导散热慢，同样的热能可以使催化珠上升的温度高， 导致最终探测元件铂

11、金丝的电阻上升得比较多。高灵敏度的催化珠往往都是便携表使用的。而低灵敏度的催化珠铂金丝比较粗，珠子大，热容也大，传导散热快，同样的热能使催化珠上升的温度也就比较低，导致最 终探测元件铂金丝的电阻上升得比较少。问：铂金丝粗或细对应用有什么影响呢？ 答：铂金丝粗的催化珠一般都用于固定表，这种催化珠电阻小，供电电压低，工作电流大，功耗也很大。这种催化珠用在固 定表长期稳定性更好，但缺点是不抗摔，容易断丝。铂金丝细的催化珠一般都用于便携表，这种催化珠电阻大，供电电压高，工作电流小，功耗也较小。这种催化珠除了省电， 还有一个优点就是抗摔，抗摔的原因是催化珠的质量较轻。问：灵敏度除了和铂金丝粗细有关系，还

12、和什么有关系？答：和催化剂有关系。不同的催化剂催化CH4的效率不同，造成催化珠获得CH4燃烧的热量不同。因为催化剂的调配要考 虑多方面的要求，如：催化珠温度、催化效率、抗硫中毒、抗有机硅中毒、高低温性能、传感器线性、长期稳定性等等，所以催 化剂的调配和工艺制作相当困难。6. 工作温度范围(Temperature Range)定义：催化燃烧传感器能够满足规格书上所有性能所能承受的工作温度。问：哪种催化珠的工作温度范围更宽一些？答：用于固定式的较大的催化珠工作温度范围更宽一些。因为中国的消防认证CCCF要求的是-40弋-70弋的工作温度范 围，因此绝大多数用于便携表的催化珠并不适用于固定仪表。问：

13、催化珠是否和电化学传感器一样，温度低的时候灵敏度更低？ 答：不是。对于优良的催化珠而言，是需要做到无论高温还是低温，灵敏度变化应该很小。只有这样，仪表用户才不用做温 度补偿软件算法。问：在极端的温度下，通过消防认证的标准是什么？答：国标GB15322.1是甲烷固定表通过消防认证的执行标准。在-40C和70C这两个温度点上，通入25%LEL和50%LEL 的CH4气体，如果误差小于等于士 10%LEL，高低温实现即算合格。催化燃烧传感器参数的定义(四)湿度范围和响应时间2016-02-15 09:47:237. 湿度范围(Humidity Range)定义：催化珠能够保证性能，并且不会损坏的工作

14、环境的湿度。一般以相对湿度RH来表示。问：最恶劣的湿度环境是什么样的呢？答：最恶劣的湿度环境是地下管网。在下水道中或电缆沟中，接近饱和湿度。在这样的地方，不仅湿度高，而且有可能O2 浓度低，如果是下水道，还有可能存在H2S。因此，地下管网对催化燃烧传感器的要求是最高的。问：如果环境中湿度高，催化珠又是间歇式工作模式，会发生什么？答：会发生断丝，致命性损坏。发生机理是这样的： 1.恒压供电的一瞬间，电流会是正常工作时候的两倍，在这个瞬间比较 容易断丝。2. 在湿度高的环境中，催化珠如果不工作，表面上会结露，在上电的瞬间，温度迅速上升，液态水迅速气化，会使催 化珠爆裂。问：如果环境中湿度高，但催化

15、珠是长期持续工作的，会有影响吗？ 答：对催化珠没有影响。催化珠只怕液态水，不怕气态水。8. 响应时间(Response Time)定义：将一定浓度的可燃气通入催化燃烧传感器，响应值到达平稳值的一定比例所需要的时间。通常来说用T50和T90来表 征催化燃烧传感器的响应速度。问:催化珠的响应时间和催化燃烧传感器的响应时间是一回事吗？ 答:不是一回事。催化珠所在的腔体体积是很小的，所以响应时间很快。但是，催化珠封装成传感器之后，死体积增大了，隔 爆烧结片也有阻碍气流的作用，因此响应时间会变长。问:T50和T90要求达到多少秒算合格？答:如果要满足IEC60079-29-1的性能测试，T50要满足小于10秒，T90要求小于30秒。问:有哪些因素会影响响应时间？答:影响响应时间的因素有:气流大小、烧结片目数、烧结片厚度、进气的方向、传感器内的死体积、气体扩散的方式。催化燃烧传感器参数的定义(五)零点漂移和灵敏度漂移2016-02-15 10:22:30今天介绍催化燃烧传感器用户最关心的两个参数零