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目前常用的可燃?xì)怏w在線檢測(cè)的固定式探測(cè)器常用的有催化燃燒式、紅外吸收式等。近年來(lái)，隨著窄線寬半層體激光器技術(shù)的快速發(fā)展，使得激光光譜吸收技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w，特別是對(duì)于甲烷，能夠快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前這一新興技術(shù)陸續(xù)在國(guó)內(nèi)天然氣站場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

原理

1、催化燃燒式

催化燃燒式是采用惠斯頓電橋模式，當(dāng)檢測(cè)到可燃?xì)怏w時(shí)氫氣探測(cè)器，氣體在催化劑的作用下進(jìn)行無(wú)焰燃燒，使元件升溫，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化使得電橋不平衡，此時(shí)電橋的輸出信號(hào)與可燃?xì)怏w的濃度成線性關(guān)系，進(jìn)行轉(zhuǎn)化就可測(cè)出可燃?xì)怏w的濃度。

2、紅外吸收式

紅外吸收式主要原理是由于各種氣體對(duì)不同波長(zhǎng)紅外輻射的吸收程度各不相同，因此有對(duì)應(yīng)于不同的吸收光譜，而每種氣體在光譜中，對(duì)特定波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收，那么通過(guò)檢測(cè)氣體對(duì)該波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度的影響，便可以確定氣體的成分及濃度。由于甲烷在中紅外波段3.3μm處吸收較好，因此一般選擇此波段作為檢測(cè)光源。

3、激光吸收光譜式

激光吸收光譜式原理也是針對(duì)在于光譜選擇和吸收帶的不同，利用光纖及光纖器件對(duì)光束進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸和多點(diǎn)分布式探測(cè)。針對(duì)甲烷，目前基本根據(jù)HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)選擇近紅外1.65μm波段作為光源，該波段的甲烷吸收強(qiáng)而且在吸收線左右各0.5nm范圍內(nèi)沒(méi)有其他氣體，避免了其它氣體吸收譜線的交叉干擾。

性能對(duì)比

將三種不同原理的可燃?xì)怏w探測(cè)器進(jìn)行對(duì)比，主要對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，針對(duì)示值誤差、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、漂移、抗水汽干擾性等幾部分內(nèi)容。

1、誤差測(cè)試

主要對(duì)示值進(jìn)行誤差測(cè)試。測(cè)試方式，首先對(duì)探測(cè)器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程調(diào)試，然后分別對(duì)15%、45%、75%的標(biāo)準(zhǔn)氣體物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，記錄探測(cè)器檢測(cè)穩(wěn)定示值，重復(fù)測(cè)量5次，取其平均值作為探測(cè)器各點(diǎn)示值。

2、反應(yīng)測(cè)試

主要對(duì)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方式，首先對(duì)探測(cè)器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程調(diào)試，對(duì)60%濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)氫氣探測(cè)器，待探測(cè)器讀數(shù)穩(wěn)定后，停止檢測(cè)，讓探測(cè)器自然回零，再次進(jìn)行氣體檢測(cè)新型氣體報(bào)警器，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器氫氣探測(cè)器，記錄示值升至穩(wěn)定的時(shí)間。

3、穩(wěn)定性測(cè)試

主要對(duì)探測(cè)器重復(fù)檢測(cè)的穩(wěn)定性。測(cè)試方式，首先對(duì)探測(cè)器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程調(diào)試，對(duì)60%濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)甲苯報(bào)警器，記錄探測(cè)器穩(wěn)定示值，停止檢測(cè)，讓探測(cè)器回零。間隔5分鐘再次進(jìn)行氣體檢測(cè)，重復(fù)上述操作6次，對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4、漂移測(cè)試

主要對(duì)探測(cè)器零點(diǎn)漂移和量程漂移進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方式，首先對(duì)探測(cè)器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程調(diào)試。然后對(duì)60%濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄探測(cè)器示值，讓探測(cè)器自然歸零。每間隔1h重復(fù)上述步驟一次氫氣探測(cè)器，進(jìn)行6次氫氣探測(cè)器，同時(shí)讀取探測(cè)器顯示值并按照公式計(jì)算漂移和量程漂移。

5、抗干擾性測(cè)試

此次選用水蒸氣對(duì)三種儀器進(jìn)行干擾測(cè)試。將燒至沸騰的開水分別放在各探測(cè)器的下方，觀察讀數(shù)的變化，記錄下有讀數(shù)時(shí)所用的時(shí)間。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析，基于激光吸收光譜技術(shù)的可燃?xì)怏w探測(cè)器總體性能指標(biāo)優(yōu)于紅外吸收式和催化燃燒式，其中在示值誤差、抗水汽干擾方面的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，激光探測(cè)器的示值誤差平均比其他兩種類型探測(cè)器的示值誤差小5倍，不易受水汽干擾，但費(fèi)用較高。

選擇

在可燃性氣體甲烷傳感器的選擇上，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，如恒星物聯(lián)催化燃燒的探測(cè)器，成本低，響應(yīng)快，能耗低，使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定、全自動(dòng)化控制，適合處理高溫、高濃度、連續(xù)性產(chǎn)生的有機(jī)廢氣檢測(cè)；開放式閥室、大型空間等區(qū)域泄漏，激光吸收光譜技術(shù)的可燃?xì)怏w檢測(cè)更加適用。

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