气体检测仪检测原理汇总

用来对有毒有害气体进行采集、测量、分析和报警的仪器统称为气体检测仪。

通常的气体检测仪由气体采集部分、信号处理部分、显示及报警部分、数据存储及传输部分及供电部分组成。传感器是气体采集部分、也是整个气体检测仪的关键部件，通过与有毒有害气体反应，产生电流，转换成线性电压信号，电压信号经放大、a/d转换，信号处理器对a/d转换的数据进行分析处理后由lcd显示出所测气体浓度。当检测气体的浓度达到预先设定报警值时，蜂鸣器和发光二极管将发出报警信号，同时将报警信息记录在内置或外置存储器中。

气体检测的原理汇总

催化燃烧检测器

对于常见的可燃气LEL的检测，通常采用催化燃烧检测器。催化燃烧式传感器的核心为一惠通斯电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。

从以上原理可知，通过该方法检测可燃气，它以催化燃烧为基础，所以它的分辨率较低。该方法的分辨率一般为1%LEL，大约为100ppm左右。所以对于有机气体毒性的检测不能采用该检测方法。

LEL传感器的灵敏度是以甲烷为代表的，由于不同气体燃烧产生的热量不同，一些分子量较大的碳氢化合物蒸汽（例如汽油、煤油）等很难扩散到传感器电极表面进行充分燃烧，因而输出灵敏度就较低。

常见气体在LEL传感器上的灵敏度与甲烷的比较见下表：

双量程可燃气传感器(TC)

tc传感器是一种可检测气体的爆炸下限和体积百分比浓度的传感器，在检测甲烷时可在lel和vol之间自动转换。

tc传感器的工作原理是：当气体通过加热的线圈时引起冷却，气体热导部分的电阻降低，达到检测的目的。由于每种气体的热导值是唯一的，只要检测的气体与对照物相比，几乎任一种气体都可以用tc传感器进行检测。

tc传感器也需要标定，可以直接用目标气体进行标定，也可以使用某一种参考气体（例如甲烷）进行标定，再利用校正系数（cf）转换到目标气体浓度。

电化学检测器

对于常见有毒气体的检测，特别是无机毒气，一般采用专用的传感器进行检测。既定性又定量进行检测。该类传感器大多为电化学传感器（也称燃料池传感器）。电化学传感器分为二电极和三电极两种类型，由扩散栅、由金或铂等贵金属制成的传感电极(阴极) 、由铅锌等金属制成的参比电极 (阳极) 、电解液（比如氢氧化钾溶液或醋酸钾溶液）等组成，三电极传感器还增加有计数电极，另外还有外部湿度栅或过滤膜等，目标气体在传感电极上发生反应，产生的电流通过对电极构成回路，参比电极为传感电极提供合适的偏值。传感器通过参比电极与传感电极的催化剂实现选择性反应，即定性反应。回路产生的电流与气体的浓度成正比，实现定量反应，并且有很宽的线性测量范围。

对于某些电活性较弱的气体，比如氢气和一氧化氮等，需要在计数电极上使用一个偏置电压，这有助于传感器对特定化合物的检测。

电化学传感器性能比较稳定、线性度好、寿命较长、耗电很小、分辨率一般可以达到0.1ppm（随传感器不同有所不同）。它的温度适应性也比较宽（有时可以在-40到50°c 间工作）。然而，它的读数温度变化的影响也比较大。所以很多这种仪器都有软硬件的温度补偿处理。

电解液池中的参比电极是不断被消耗的，当电极的所有表面被氧化，电化学反应就将停止，电流输出为零。此时，就要更换传感器。燃料池传感器的寿命大致可以维持一到两年。

电化学传感器的另一个缺点是干扰。例如氯气传感器会对10ppm的硫化氢有大约0.3ppm的读数，或者说，如果测量时存在10ppm的硫化氢，那么氯气的读数应当减去0.3ppm。在某些情况下，干扰是正的，传感器的读数比实际值要大；有些则相反。还原性气体，比如硫化氢和一氧化碳会在电极上氧化，而氧化性气体，比如氯气、二氧化氮和臭氧，则在电极上还原。

氧气传感器：一般的氧气传感器为两电极传感器，由铅作阳极，它的检测原理与三电极大致相似，只是不如三电极的传感器的输出稳定，寿命较短，大约为一年。

在大多数的仪器中，即使是在关机状态，传感器也在产生电流和消耗。有些仪器通过切断电路避免电流流动来增加传感器的使用寿命。但这种方式的弊端在于仪器开启时重新平衡的时间加长（可能需要几分钟）。在重新平衡过程中，电流将重新流过电路。重新平衡需要较长时间的原因是扩散到传感器上的氧气已经积聚到了电极之上，而去除氧气的办法就是通过电化学反应将其转化为氧化铅。只有将积聚的氧气消耗殆尽才能得到准确的测量结果。一般仪器的做法是采取仪器开启后“倒计时”的办法，读数开始会很高然后慢慢下降达到稳定数值。如果仪器具有此项功能，则在仪器达到重新平衡之前不要进行调零或者校正操作。

  金属氧化物半导体传感器

金属氧化物半导体传感器（mos）是一个宽带检测装置，既可以用于检测ppm级的有毒气体也可以用于检测百分比浓度的易燃易爆气体。

mos传感器由一个金属半导体（比如sno2）成。在清洁空气中，它的电导很低，而遇到还原性气体，比如一氧化碳或可燃性气体，传感元件的电导会增加。如果控制传感元件的温度，可以对不同的物质有一定的选择性。

mos传感器的主要缺点是非线性响应、很难解释读数、灵敏度较差、湿度影响较大。当湿度增加时，传感器的输出也增加。而当湿度降低时，它的读数即使在存在污染物时也可能很低，甚至为零。有时由于选择曲线错误，可能会有误报警。另外一个问题是mos传感器对常见污染物的检测线性范围相对较窄。在线性范围之内，检测结果很准确，而一旦浓度落在线性范围之外，也就无法提供准确的定量测定。

 光离子化检测器 (PID)

光离子化检测器通过一个高能量的紫外灯提供离子化的能量，挥发性有机化合物被紫外光电离后的组份被离子腔收集产生电流，而电流与气体浓度成正比。

紫外灯发出的能量决定了它所能检测的化合物的种类。现在可以选择的能量有8.4、9.5、9.8、10.0、10.2、10.6、11.7和11.8 ev（随制造商不同）。大多数的产品允许在同一台仪器上使用不同能量的紫外灯。

PID灯的选择与寿命

所选择的灯的能量越低，可能检测的化合物种类就越少，但灯的能量越高，它所受到的物理限制也就越多。通常，灯的能量越高，它的寿命就越短。pid灯是由一个充满低压单一气体或混合气体（氧气、氮气、氢气或氪气）的玻璃泡构成。通过电流和辐射波使这些气体激发产生紫外光，光束通过一个窗口射出。较高能量的灯(11.7ev和11.8ev)的窗口材料是由氟化锂制成的，它很容易吸收水分和被灯自己发出的紫外光照射而衰变。因此，高能量灯的寿命比较短。在一般操作下可以使用1或2个月。另外，尽管高能量灯发出的能量会使更多的物质离子化，但它产生的光通量却要比低能量灯少，这就意味着高能量灯的离子化电流比较低也容易产生漂移。

通过选择灯的能量也可能改变选择性，比如，9.8ev灯的能量输出已足够于检测苯（电离能量ip为9.24ev），但对于很多其它物质的离子化就不足，也就是无法检测到。9.8ev灯窗口材料采用氟化钙材料或者夹有氟化钙的三明治结构，寿命也较短，正常操作下可以持续6个月。

10.6ev灯的窗口采用氟化镁材料，既不会吸收水蒸气也不会被紫外线损坏，因此10.6 ev 灯的寿命较长，在一般操作下可以连续使用1-2年，同时，10.6ev灯的能量也足以检测大多数的voc，因此10.6ev灯的使用也就最广泛。

火焰离子化检测器 (FID)

火焰离子化检测器，因为一般都用的是氢气，所以一般叫氢火焰检测器。它的原理很简单，当有机物经过检测器时，在火焰那里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和记录即可得到相应的谱图。一般的有机化合物在fid上都有响应，一般分子量越大，灵敏度越高。FID是gc最基本的检测器。

FID的工作原理是以氢气在空气中燃烧为能源，载气（n2）携带被分析组分和可燃气（h2）从喷嘴进入检侧器，助然气（空气）从四周导人，被侧组分在火焰中被解离成正负离离子，在极化电压形成的电场中，正负离子向各自相反的电极移动，形成的离子流被收集极收、输出，经阻抗转化，放大器（放大107～1010倍）便获得可测量的电信号，fid离子化的机理近年才明朗化，但对烃类和非烃类其机理是不同的。

FID的优点和缺点

优点：

l  几乎对所有有机物都有响应，对烃类灵敏度高。

l  对气体流速、压力和温度的变化不敏感。

l  线性范围宽，结构简单，基线稳定性好。

缺点：

l  对无机物和所有惰性气体没有响应或响应很小

l  需三种气源和流速控制系统。

l  需要对防爆有特殊要求。

l  对样品是破坏性的。

 红外传感器(ir)

红外气体传感器是基于红外广谱吸收原理，当红外辐射通过被测气体时，其分子吸收光能量，不同气体对红外光有着不同的吸收广谱，而某种气体的特征广谱吸收强度又与该气体的浓度相关，利用这一原理可以测量特定气体的浓度。特定物质的红外检测仪使用一个窄带红外光源。现有的检测仪可以检测二氧化碳、卤代烃、甲烷和其它一些吸收明确的化合物。红外检测仪无法进行宽带扫描定性。这类仪器的强项是检测那些非活性物质，比如二氧化碳等。这在密闭空间中也很有用。另外这类仪器也不像催化燃烧式传感器那样存在高浓度硫、硅或其它物质的损坏问题。

非色散红外(ndir)气体传感器

非分散性红外吸收传感器的原理是利用不同气体吸收不同频率的红外光的特性，该传感器通过分析吸收的红外线的频率和程度确定被测气体的组份和浓度。因为光源发出的所有频率的红外线都会被吸收，因此称为“非分散”。非分散型红外吸收传感器广泛用于各种气体测量，如一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物（hc）。

火焰探测器

火焰探测器是红外传感器的另外一种应用形式。

物质燃烧时，在产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见或不可见的光辐射。火焰探测器又称感光式火灾探测器，它是用于响应火灾的光特性，即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。

火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射或伴有连续光谱的固体辐射，其波长在0.1-10μm或更宽的范围，为了避免其他信号的干扰，常利用波长<300nm的紫外线，或者火焰中特有的波长在4.4μm附近的co2辐射光谱作为探测信号。其中主要检测波长<300nm紫外线的统称为紫外火焰探测器，但其灵敏度差,检测距离小于15m,不能抗雷电的干扰,存在一定的误报率；主要检测波长在4.4μm附近的co2辐射光谱的统称为红外火焰探测器，具有灵敏度高,检测距离长,抗干扰强的特点，更适合于对安全可靠要求较高的场所。

红外光探测器包括一个过滤装置和透镜系统，用来筛除不需要的波长，而将收进来的光能聚集在对红外光敏感的光电管或光敏电阻上。

红外火焰探测器结合专有的红外探测器及电路、软件算法，检测频谱范围在3～5um范围（其中一个传感器检测火焰中心波长4.26um，另外一个传感器为参考波长3.8um，俗称两频探测器；再增加一个传感器为参考波长5.0um，俗称三频探测器）、振荡频率在5至15赫兹的火焰辐射能，通过运算处理能力极强的处理器，对红外传感器采集信号的变化比率和对应关系的进行数据分析和运算处理，只对火焰特征频谱范围内的辐射发出报警，具有非常高的防误报警能力，克服了一般红外探测灵敏度与误报警的矛盾，既具有极高的火灾探测灵敏度，又具有传统火焰探测器所不具备的非火灾干扰源识别能力。

固态聚合体电解液（solid polymer electrolyte－spe）氧气传感器

spe氧气传感器的新发展技术是开发一种不消耗电极材料的、固态聚合体电解液的传感器。这类氧气传感器一般包括以下几部分：毛细管扩散栅、由多孔铂金制成的传感、计数和工作电极、固态聚合物电解液、外部湿度栅或过滤膜、坚固的传感器室等。进入传感器的氧气会扩散到固态聚合物之上，并在此发生反应，加在固态电解液上的电流使得电离的水产生氧气，将氧气分子泵出电解液的电流量正比于采集到的大气中的氧气浓度。这种检测原理也被称为“氧泵”传感器。

通过在参比电极上加上偏置电压，在限于扩散的情况下，传感电极的输出正比于根据法拉第定律得到的氧气消耗速度。通过电阻将电流转化为电压信号。这种电极特别适合于测量0-25%体积的氧气浓度

同电化学氧传感器不同的是，固态氧传感器不消耗电极材料，它所消耗的仅仅是将电解液中的氧气泵出的电能。这意味着这种传感器在理论上可以有2-5年的使用寿命。另外，由于它们的无消耗设计，重量较小，特别适合于小型化设计。

spe传感器符合rohs（the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令）的要求。rohs目前主要针对电子电气产品中的铅pb、镉cd、汞hg、六价铬cr6+、多溴联苯pbbs、多溴联苯醚pbdes六种有害物质的使用进行限制，以后也将对更多的有害物质进行限制。

固态氧传感器的主要缺陷在于如果使其长时间在干燥环境中使用，其中的电解液可能会干涸而没有任何电化学反应。此时，只要把传感器暴露于即使是很低湿度的空气中就会使电解液重新“水化”并回复功能。

气体检测管

气体检测管是在一个固定长度和内径的玻璃管内，装填一定量的检测剂，用塞料加以固定，再将玻璃管两端熔封。使用时将管子两端割断，让含有被测物质的气体定量地通过管子，被测物质即和管中检测剂发生定量化学反应，部分检测剂被染色，其染色长度与被测物浓度成正比，从检测管上已印制好的刻度即得知被测气体的浓度。

气体检测管法实际上是将化学分析方法仪器化，化学分析的繁琐步骤已被生产检测管的工业手段所取代，所以它具有化学分析和仪器分析的双重优点。

气体检测管法的特点：

l  操作简便：用检测管测定气体浓度时，不需要同化学分析那样加用多种化学试剂和使用各种玻璃仪器，一般也无需进行计算。也无需仪器分析那样做好复杂的测前准备。工作步骤仅有采样和结果显示两步，而这两步又几乎是同时进行的，这就为专业分析人员提供了极大方便，即使对没有分析基础知识的人，如现场工程技术或操作人员，只要参照使用说明或对其稍加指导就可以应用。

l  分析快速：由于操作简便，可使每一次样品分析所需时间大为缩短，一般仅需几十秒至几分钟即可得知分析结果，其分析速度是任何化学分析方法所不能比拟的。

l  可信度高：气体检测管含量标度的确定是模拟了现场分析条件，采用不同浓度标准气标定的，因而克服了化学分析中易带入的方法误差。因为气体检测管是工业化生产，加之操作简单，使用时人为误差也易克服。

l  适应性好：检测管成为系列产品后，可检测的气体多种多样，每种气体的测量范围可由几个ppm，甚至零点几个ppm到百分之几十，因而在实际应用时只要选择合适型号的检测管，即可进行各种气体不同含量的定量分析，尤其在炼油、天燃气及石化行业分析，如硫化氢测定在不同工序其含量有很大波动，化学分析法往往根椐不同含量采用不同的分析方法，而检测管法由于测量范围宽，只采用一种方法就可代替了，也减少了不同方法所带来的方法误差，特别适合现场检测需要，对不具备化学分析条件的地方更为适用。

l  由于用检测管进行测定时无需热源、电源，可确保现场使用安全。

l  气体检测管使用时不需维护、价格低廉、携带方便也是其它方法不可比拟的。

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PortaSens III便携式复合气体检测仪D16的好的特点是它能通过更换相应传感器模块检测多种类型的气体。即不需为每种类型的气体分别购买单独的主机，一台检测仪就能检测超过60种不同的气体和蒸汽， 传感器可以即插即用，不需再次校准。
PortaSens III便携式复合气体检测仪D16的传感器使用轻便的复合式模块结构，每个传感器模块就是一个复合装置，内部装有一个传感器、放大器和内存模块。基于这种设计，使得每个传感器模块都能独立校准和即插即用，如将其安装在一台主机内，向微处理器输入相应的校准数据，以后就不需再作调整了。例如，复合气体检测仪可以在不到一分钟的时间内完成从测量光气到测量氨的转换。  
PortaSens III便携式复合气体检测仪D16内置带USB输出的4 Gb数据储存器，仪器可通过USB接口与电脑进行连接。
 

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MP184便携式光离子化VOC检测仪秉承了将PID方式应用于VOC快速检测的初衷，为客户提供便携、准确、快速和兼具经济性的检测产品。采用了包括可调制PID、零点自整定、紫外灯清洁在内的多项PID专利，可对ppb浓度范围内VOC进行准确的实时检测。MP18X实时检测数据有图形和数字两种显示模式，智能绘图显示气体浓度动态，支持中英文操作界面；低功耗检测器，一次充电可支持超过24小时连续检测；数据自动存储，可以通过USB连接线下载到电脑上直接对数据进行处理；MP18X内置无线模块可完美融入申贝Senbe Suite无线系统。
特点：
创新型的PID传感器设计,耐潮湿与防污染，延长运行时间；内置温湿度传感器，保证检测准确性
长寿命检测器、抗臭氧和紫外线腐蚀,高强度UV灯，具有自主清洁功能，保证输出信号灯稳定性
ppb、ppm、mg/m3以及ug/m3多种显示浓度单位
内置采样泵，可以实现长达30米的采样距离
内置气体库，客户也可根据需求自定义检测气体
友好操作界面，使用以及维护简单，
典型使用寿命5年，整机质保2年

GASTEC快速气体检测管

GASTEC快速气体检测管能检测300多种不同的气体。气体检测管操作简单，使用安全，判断直观，结果准确，保存期限长。气体检测管及采样设备均具有国家计量器具型式批准证书，并具有美国SEI的认证。生产企业通过了ISO9001认证。 规格：10支/盒。

产品特性：
1、 现场使用不需要电源等动力设施，检测结果当场得出。
2、 采样器与检测管匹配使用，气密性好、采样体积准确、耐用，设有防止玻璃管切割碎渣散落功能，更加安全。
3、 采用直接抽气的采样方式，检测速度快，具有50/100ml两档。自动计数型采样器防止抽气次数（抽气体积）误记。
4、 采样器取得国家计量器具式批准。
5、 气体检测管检测范围宽，通过改变抽气次数（采样体积）拓宽量程。
6、 水质检测管不需采样器，浸在水中一分钟即可得到结果。
7、 远距离延长采样管，保证人员安全。
8、 发烟管装置，快速简单判断出现场的风向，保证安全。
9、 检测管切割器，使用数百次清理一次即可，更加安全方便，利于工作。
10、检测管检测试剂采样环保低毒设计，对环境影响最小化。