可快速替换催化燃烧原理的红外气体传感器

　　将红外气体传感器应用在现有的催化燃烧原理气体检测仪上，快速替换催化燃烧原理传感器，使气体检测设备厂家迅速得到换代升级产品，完成从催化燃烧原理到红外检测原理的转变，向用户提供高稳定性、抗干扰能力强、长寿命的红外检测原理高端产品。Dynament非色散红外传感器的推出将转变可燃性气体和CO2 检测的价值观念并整体提高检测水平。

　　检测可燃性气体的传感器有催化燃烧和红外吸收两种原理，各生产厂家通常使用催化燃烧原理的传感器，而很少使用价格较高，稳定性更好，准确度高，抗干扰能力强，适用恶劣环境、维护少、寿命长的红外检测原理传感器。红外检测原理传感器一般被视为检测可燃性气体的高端产品。但由于价格方面的因素，在实际应用中很难替代催化燃烧原理传感器的检测仪，并得以推广。

　　可燃性气体的检测原理

　　催化燃烧原理传感器包括一个惠斯通电桥结构，电桥测量桥（铂金丝电桥）上涂有催化剂。测量时，在参比和测量电桥上施加电压使之加热从而发生催化燃烧反应，温度大约是500℃或者更高。正常情况下，电桥是平衡的，V1=V2，输出为零。如果有可燃气体存在，它的燃烧反应产生热量，电桥温度升高、电阻发生变化，而参比桥不变。两个电桥之间产生压差，输出一个电压信号，这个信号值同被测气体的浓度成正比。

　　催化燃烧原理传感器对大部分可燃性气体都产生反应，它检测的可燃气浓度值是环境中各种可燃气浓度的综合值，同时这个燃烧反应是一个需要有氧气参加的反应，即被检测环境中的氧气含量不能太低，当氧气含量低于16％时它的检测值就会偏低。另一个因素是当环境中存在含硅、氯、硫的化合物时，传感器会发生中毒现象，使检测的灵敏度严重降低甚至造成传感器失效。

　　这种原理传感器设计和制造相对简单，因而价格较低，不同生产厂家的产品价格从几十元到几百元，进口传感器每只也仅1000元左右。但传感器的稳定性较差，它只能检测低于爆炸下限的可燃气浓度，气体浓度过高或长时间接触低浓度气体都会造成传感器的灵敏度大幅度下降或损坏，正常情况下每半年须用标准气体对传感器进行一次校准（在特殊环境中，如中国的煤矿经常存在较低浓度的可燃气，传感器须每2周校准测试一次）。

　　红外吸收原理检测器是利用比耳－朗格红外吸收定律，即不同气体对特定波长的光有吸收，吸收的强度和气体的浓度成正比。

　　这种红外原理检测器包括红外光源发射和红外光线接收两部分以及外围处理电路，各个生产厂家的设计思路不同，有对射式（一个发射和一个接收两个部件）和反射式（通过光学反射镜将发射出去的光线反射回来在同一个部件中）两种方式。

　　传统的红外原理检测器之所以不能称为“传感器”的原因就是，他们的检测元件不是一个模块或者说不能成为单独的一个部分，它们的发射和接收或反射不是在同一个模块内组成的，而是分成不同的部分，一般体积都较大。因为红外吸收的是特定波长的光线，对光源或分光部件、光源的强度、稳定性的要求都很高，反射、接收部分也是要求极高的光学部件，因此价格一般都较为昂贵，所以使用和推广在很大程度上受到限制。而且光学部件会被环境中的灰尘覆盖，使透光或反射的强度降低，造成检测器的故障报警，成为这种检测器的一大缺陷。

　　非色散红外原理NDIR（NonDispersiveInfrared）传感器是最近几年才面世的一种新技术。它大大降低了利用红外原理检测可燃性气体和CO2气体的成本，也使红外原理检测仪在检测可燃性气体领域的推广成为可能，而且是今后实际应用的一个趋势和方向。

　　这里我们称之为传感器，是因为它的体积很小，功能稳定，完全是一个可插拔的模块。

　　非色散红外原理是应用滤光片把红外光分成所需要的一个很小波段的光谱线，被检测的气体对这个很小波段的光谱线吸收。这样的传感器一般包括：一个红外发射光源、光通路（吸收区）、2个滤光片分光（1个检测被测气体需要的光谱波段、另1个作为不被被测气体吸收的参比光谱波段）和接收转换器几个部分。

　　英国Dynament公司研发的最新型非色散红外传感器运用了非色散红外技术，通过滤光片得到所需要的波段。非色散红外传感器改变了传统红外检测器的结构，它不再使用单独的光学部件，也没有单独的发射和接收部分，大大缩小了检测仪的体积。非色散红外传感器除保持了稳定性、抗干扰性和长寿命等优点外，其独特的结构还避免了粉尘对检测的影响。

　　受价格因素的影响，目前检测可燃性气体的检测仪大部分仍采用催化燃烧原理，与红外原理检测仪比较，其优势非常明显（见表1）。

　　研发生产一种具有全部上述优点的红外原理可燃气体检测仪，而且又具备竞争性价格，成为气体检测仪表厂家的一个梦想。这也是英国Dynament公司推广使用非色散红外原理传感器的目的，它具有很高的性价比，对用户的要求低，即在原生产的检测仪的电路上稍加改动就完全把自己的产品更新成先进的气体检测仪表，更好的为企业生产服务。

　　非色散红外原理传感器的技术难题

　　滤光片是非色散红外原理传感器中的主要部件，由几十层晶体结构组成，它的性能稳定性决定了整个传感器检测的稳定性。这种晶体结构的滤光片受温度的影响很大，所以处理好滤光片受温度影响的特性决定了传感器的质量。研发技术人员通常使用温度补偿功能来解决滤光片受温度影响的问题，因而传感器的温度补偿功能成为研发、生产气体检测仪不可缺少的重要环节。由于每个红外传感器的晶体结构的滤光片受温度变化影响的程度不同，如何做好温度补偿功能成为研发技术人员的一大难题。

　　图2所示，红外传感器晶体结构滤光片的温度补偿功能是传感器能否输出稳定信号的保证。每个晶体结构的滤光片的温度特性都有差异，所以不能按同一温度特性对不同的滤光片进行相同的温度特性补偿，只有专业技术人员通过详细的性能检测才能确定完成。但是由于温度特性检测是针对每一个滤光片进行的，很多的专业生产厂家不能自己完成。目前有些生产红外传感器的厂家在传感器上为用户提供一个温度传感器信号和一个气体检测传感器信号，用户须自己做温度补偿电路、处理温度传感器提供的信号以及对气体检测传感器的滤光片进行温度补偿。这样的温度补偿对用户仍然是一种挑战，即使技术力量很好的用户也很难做出性能稳定的检测仪表，这也成为很多生产气体检测仪的厂家对生产自己的红外检测仪望而却步的原因。

　　这里我们要介绍的就是自身具有了这种温度补偿功能的非色散红外原理检测传感器，英国Dynament公司生产的Premier传感器，将为更多希望拥有红外检测原理的气体检测生产厂家提供可能。

　　快速替换催化燃烧传感器

　　英国科学家针对非色散红外检测传感器晶体结构滤光片性能稳定的技术难题进行了长达5年多的研究，参与研发试验的人员包括化学、光学、电学等众多技术专家，终于在2006年将一个革命性的产品呈现在世人面前，并且用实验室大楼的名字为这一产品命名——Premier。

　　Premier传感器将温度补偿部分包括在了自身之内。图3形象的说明Premier传感器的输出信号已经得到了温度补偿，传感器的输出信号是一个标准工业用电压信号，完全达到稳定、可靠并且不受环境温度变化的影响。专业气体检测仪表生产厂家只需进行信号的处理放大和转换即可完成自身仪表的设计。 Premier传感器还有一种类似于催化燃烧元件电桥形式的型号，直接用于原来催化燃烧检测仪的电路中，即用Premier传感器直接取代催化燃烧元件的传感器。

　　Premier传感器输出结构简单，分5插针和3插针两种，它们分别是正、负供电极、信号输出极和2个RS232数字通讯输出极（图4）。

　　Premier传感器采用的电压为3～5VDC直流供电方式，通电后需要大约1min的预热过程，然后正常工作，并输出一个稳定的电压信号供用户使用。当有可燃性气体存在时，传感器输出与可燃性气体浓度成正比的电压信号。用户的仪表接收、处理此电压信号并显示数字信号表示气体的浓度值。RS232数字通信的输出为用户直接使用数字电路提供更大的方便。

　　Premier传感器投入市场后，立即得到了世界知名气体检测厂家的青睐，短短1年的时间已有上万只Premier传感器运用到了气体检测仪器中，并且在实际运行中得到了检验，被公认为是一种高性能、稳定、可靠的传感器产品。更重要的是Premier传感器大大缩短了气体检测仪表的研发周期，使新型号检测仪表得以快速投放市场，并且以其卓越的性能赢得用户的认可。

　　Premier传感器的应用

　　在石油、石化、化工和煤矿等领域，数以万计的可燃气体检测仪（包括便携或固定安装型式）在生产中起着安全监控的作用。检测仪的性能和质量是安全监控系统的关键，而传感器是检测仪的核心。因此传感器的可靠性、稳定性以及维护成本必须是用户在选型时需要考虑的重要问题，以达到安全监控的目的。近年来随着安全观念和重视程度的不断提高，广大工业用户对气体检测产品的要求也在不断提高，在中国已有不少具有很高技术能力的气体检测厂家应运而生，众多的优质品牌已得到广大用户的认可。但是红外原理气体检测仪表仍然是国产气体检测产品的空白，其原因是西方国家对高质量的晶体滤光片的限制，而国内的技术水平还不能达到生产出高质量的、价格合理的红外检测传感器。2008年英国Dynament公司开始向中国提供成型的Premier迷你型高质量红外传感器，这一产品的到来将改变中国气体检测产品的技术水平和生产水平。相信在不久的将来，中国气体检测产品厂家会向广大用户提供高质量的红外原理检测产品，而且具有极高的性价比，中国的安全监控的水平也会相应得到整体的提高。