催化燃烧气体传感器 开讲了｜Part4分解：气体传感器系列之催化燃烧式气体传感器详解
开讲了｜Part4分解：气体传感器系列之催化燃烧式气体传感器详解
>> 气体传感器门类众多，本公众号每日一篇详细介绍多种常见的不同工作原理的气体传感器相关知识。
分解
催化燃烧式气体传感器知识
04
催化燃烧式气体传感器
定义 ：催化燃烧式气体传感器是利用催化燃烧的热效应原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。
通过测量铂丝的电阻变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。主要用于可燃性气体的检测，具有输出信号线性好，指数可靠，价格实惠，不会与其他非可燃性气体发生交叉感染。
原理： 一般由线径15um或20um或30um的高纯度铂线圈并在其外包裹载体催化剂形式球体，在一定的温度条件下，当可燃性气体与上述球体接触时会与其表面的吸附氧发生剧烈的无焰燃烧反应，反应释放的热量导致铂线圈温度变化，温度变化又导致铂线圈电阻发生变化，测量电阻变化就可以测到气体浓度，因此与其说催化元件是气体传感器不如说其是个温度传感器，为克服环境温度变化带来的干扰，催化元件会成对构成一支完整的元件，这一对中一个对气体有反应，另一个对气体无反应，而只对环境温度有反应，这样两支元件相互对冲就可以消除环境温度变化带来的干扰。
从温度传感器去理解催化元件会在开发、应用时引导，我们不仅仅关注传感过程中化学反应本身，也会吸引我们去更多的关注传感过程与温度有关的温度场的分布与变化、温度场与传感器球体的位移关系、热传导与热幅射及传质与热传导等。
实际上，决定催化元件性能的因素中，促使化学反应发生只是众多传感要素中不太重要的要素，和热传递相关的因素才是最核心的。
催化燃烧式传感器原理图
和半导体元件不同，催化元件传感过程较为复杂，前者是气体与传感器接触后发生的化学反应直接导致传感器电阻即电信号的变化，后者则是气体在催化元件上发生的化学反应，首先导致的结果是传感器载体表面及载体内部的温度变化，载体的温度变化经过热传递最终导致铂线圈电阻的变化，完成传感的全过程。
传感过程复杂，导致问题产生的几率就大一些，比如：
1、积碳问题
长分子链的有机物以及不饱和烃，对半导体来说，不完全反应导致的积碳只会对反应过程产生影响，而不会对电子传输产生大的影响。而对催化来讲，碳的存在不仅影响反应过程，更会对热传递产生剧烈影响，结果是反应产生的热量向传感器内部传递效率变低了，热量大都散失掉了，最终是同样的气体浓度，释放同样的热，由于炭的存在，导致传感器:温度只有很小的变化，即灵敏度变得很低。
2、中毒问题
因为需要热传递，为了保证热效率，反应必须在瞬间完成，即要求有极高的反应效率，就需要有大量的纳米级的催化剂以及纳米级的孔，这样的特征有利于传感也有利于中毒。
3、线性问题
催化元件的线性是由两个因素决定：
a、温度传感材料pt线圈的电阻~温度特性是线性的。b、爆炸下限以内反应放热和气体浓度是线性的。
因此，两个因素任一发生变化，就会导致传感器线性变化。实际上，铂线圈会持续升华变细即导阻变大，反应释放的热量与浓度的线性关系只在气体浓度为爆炸下限以内时才成立。
炜盛 MC105B催化燃烧式气体传感器
小结：
催化元件不会被淘汰，催化元件的未来主要取决于工艺技术的进步：
1、结构改进，解决的问题是震动引起的漂移；
2、过滤层改进，解决的问题是中毒；
3、开发新材料改善积碳；
4、制造过程对设计实现的保障如避免形变；
5、MEMS化(需要说明的是，器件结构、封装、制造工艺的改进不仅会改善元件的综合性能，也会引发新的应用。和半导体相比，催化元件MEMS化的困境在于如何在小的表面积下有更高的催化效率、热效率)；
6、应用定位需更精准更专一。
催化燃烧气体传感器，守护工商业燃气安全！
淮安区发布微信公号16日晚通报：2024年3月16日16时20分左右，淮安市淮安区老表中餐厅发生燃爆，2人受伤，其中一人轻微伤，伤者已第一时间送往医院救治，均无生命危险。目前事故具体原因正在进一步调查中。
烧烤店发生燃爆（图源：央视新闻客户端）
餐饮店、饭店等场所人流密集一旦发生事故后果不堪设想，这次事件再次敲响了工商业燃气安全的警钟，也凸显了预警、预防在燃气安全中的重要作用。
当前，工商业用户用气场所安装可燃气体报警装置是有效的防范措施之一。
可燃气体报警装置应满足以下标准要求：
《可燃气体探测器》(GB15322)
《家用和小型餐饮厨房用燃气报警器及传感器》(GB/T34004)
《城镇燃气报警控制系统技术规程》(CJJT146)
《城镇燃气设计规范》(GB50028)的标准要求。
生产经营单位要采购符合国家标准的可燃气体报警装置产品，并能够出具相应的合格证明。
可燃气体报警装置的核心功能是对可燃气体泄漏的实时监测和报警，其采用的气体传感器的优劣直接影响整体性能。工商业选择可燃气体传感器时，通常要考虑以下这些因素：
1、检测气体类型。 餐饮等场所相较于家庭环境，场所中可能存在的气体情况较为复杂，可能存在甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气等不同气体，了解潜在的可燃气体有助于选择合适的传感器和确定所需的检测范围和灵敏度。
2、测量范围和精度。 不同的传感器具有不同的测量范围和精度。在选择可燃气体传感器时，需要根据实际应用场景确定所需的测量范围和精度，确保传感器能够准确测量可燃气体浓度。
3、响应时间。 响应时间是指传感器接触的气体浓度发生阶跃变化时，其输出变化达到稳定值的规定的百分比（一般为70%或90%——T70/T90）时所需的时间，对于可燃气体泄漏的及时检测、响应时间至关重要。
4、可靠性和稳定性。 传感器的可靠性和稳定性对于确保长期、准确检测至关重要。要选择满足国标认证、质量可靠的传感器，并确保其能够在各种环境条件下稳定运行。
在工商业领域使用的报警器中，可采用催化燃烧式气体传感器 对天然气、液化气、煤气等可燃性气体的泄漏进行监测。
催化燃烧式气体传感器是利用催化燃烧的热效应原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。
用于可燃气体检测的气体传感器有很多种，半导体型、催化燃烧型、激光型、红外型都可以用于可燃气体的检测。
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