紅外傳感器用於甲烷探測的優點有哪些

2020-11-23 電子發燒友

紅外傳感器用於甲烷探測的優點有哪些

工程師周亮 發表於 2018-10-22 17:14:40

氣體探測器廣泛用於監測甲烷濃度和洩漏探測

天然氣主要由甲烷組成，被廣泛用於發電。甲烷是一種溫室氣體，具有高度易燃性，可以與空氣形成爆炸性混合物。在天然氣開採、運輸和發電過程中探測洩漏是至關重要的，因為甲烷洩漏可能導致破壞性結果。

在化學工業中，甲醇、合成氣、乙酸和其他商用化學品的生產，都依賴於甲烷氣體傳感器來確認生產過程是否有效且安全地運行。甲烷可能影響人的健康和環境，所以測量大氣中的甲烷水平來監測環境條件的變化也變得越來越重要。

商用氣體探測技術

市場上有各種各樣的甲烷氣體探測器和傳感器，它們各有優缺點：

電化學傳感器

電化學傳感器通過甲烷與電極的腐蝕或氧化反應產生電流，該電流的大小可用於確定氣體濃度。由於電極是暴露在大氣中的，可能發生化學汙染和腐蝕，因此電化學傳感器需要經常更換。

氫火焰離子化探測器（FID）

FID使用氫火焰來電離甲烷氣體，電離的氣體會產生電流，計算該電流可以確定氣體濃度。雖然FID準確且快速，但它們需要明火、氫氣源和純淨空氣供應，這意味著FID並不適合某些應用。

催化傳感器

催化傳感器通過催化氧氣和甲烷的反應，產生的熱量會引起傳感器中的電阻變化，由此可以測量甲烷濃度。雖然催化傳感器堅固且廉價，但運行時對氧氣的需求是必不可少的，並且它們易受汙染、中毒和燒結。因此需要頻繁地校準和更換。

半導體傳感器

工作原理與催化傳感器類似，半導體傳感器與甲烷反應，引起電阻變化，以此來計算氣體濃度。與催化傳感器一樣，半導體傳感器也易受汙染和中毒。

紅外傳感器

紅外傳感器利用紅外光束探測和測量大氣中存在的任何氣體。雖然紅外傳感器比其他傳感器貴一點，但它們持久耐用。因此，紅外傳感器已成為探測各種氣體的主要技術。

紅外傳感器是甲烷探測的首選技術

非分散紅外（NDIR）傳感器通常由IR源、IR探測器、採樣腔和濾光器組成。通常，包含參考氣體的第二個腔與採樣腔平行運行。

IR光透過大氣採樣腔施加到探測器上。採樣腔中的甲烷氣體會吸收特定波長的IR光。探測器前面的濾光器會阻擋掉非所選波長的光，因此探測器僅測量指定波長的衰減變化，（利用氣體濃度與吸收強度的關係）可確定存在的甲烷濃度。

與其它氣體探測技術相比，紅外傳感器具有許多優點：它們具有內置的故障安全系統，這是因為它們可以用小信號代表高濃度氣體，而在其他傳感器中，小信號或無信號意味著零或低濃度。如果探測器發生故障或失靈，則不會記錄IR輻射，這將觸發警報。

NDIR傳感器也比需要燃燒混合氣體的方法更精確。在某些情況下，NDIR傳感器甚至允許同時存在兩種可燃氣體時，可以檢測其中一種可燃氣體組分。儘管當用戶無法確定氣體混合物是否易燃時，的確存在一定限制。

與其它可用類型的傳感器不同，IR探測器不與甲烷氣體相互作用。大氣中的氣體和任何汙染物僅與光束相互作用。因此，探測器可密封以防止損壞，因而具有較長的使用壽命。

紅外探測器和其它傳感器一樣，也可提供準確的結果和快速的響應時間。半導體、催化、電化學傳感器和FID都要求目標氣體的濃度必須低於爆炸濃度的下限，但是IR傳感器則可以實現0~100%氣體濃度的精確計算。而且它們不需要外部氣體或氧氣來運行。

紅外傳感器也存在一些缺點，它們可能會受到壓力和溫度調節的不利影響。儘管如此，先進的紅外傳感器現在可以進行壓力和溫度補償，這意味著這種耐用且可靠的傳感器劣勢已經最小化。IR傳感器現在被選為甲烷和其他工業和環境相關氣體的探測方法。

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