催化燃烧传感器参数的定义

1、催化燃烧传感器参数的定义(一)一供电方式和被测气种2016-02-15 11:06:01.供电方式(OperatingPrinciple)定义：催化燃烧传感器因为是成对使用的，俗称黑白珠，因此，它也叫催化珠，催化珠是串联使用的, 供电方式有恒电压和恒电流之分。多数催化珠是恒压使用的，但也有少量催化珠是恒流工作的。催化燃烧 传感器功率一般较大，通常是几百毫瓦。催化燃烧传感器有一个特点，功率越大的催化珠，其长期稳定性 也会相对较好，但缺点就是珠子太大，震动中容易断丝，下图 1-1是催化颗粒原理图图1-1催化颗粒原理图问：给催化珠的供电电压误差要控制在多少？答：催化珠在出厂的时候都是经过严格配对的，

2、也就是说检测元件“黑珠”和补偿元件“白珠”冷态 电阻和工作热态电阻几乎是一模一样的。尽管如此，我们还是希望用户的供电电压一致性要好，供电电压 尽量控制在3%以内，下图1-2是推荐操作电路。图1-2问：除了供电电压的误差，还有什么参数是供电芯片的比较重要的参数？1%LEL答：温度漂移，或称温度系数。因为催化珠的输出电压随可燃气体浓度变化很微弱，基本上是 的浓度变化只对应几百微伏。所以，如果供电芯片的温度系数过大，催化珠的电压输出就会有温度漂移, 最终导致传感器的零点温度特性不是一条水平的直线。问：在给催化珠上电的瞬间，催化珠会损坏吗？答：损坏的可能性是有的。当催化珠冷态的时候，电阻是工作状态时候

3、的大约1/2 o也就是说，当恒流工作的时候，每次上电，催化珠都会经受一次大电流的冲击，这像打开白炽灯的瞬间一样。白炽灯不是 在开灯的瞬间最容易断丝吗？最近，有一些客户应用会在几分钟内让催化珠开关一次，从而导致催化珠损坏。因此，本人建议，在 上电的短暂时间里，为催化珠做恒流上电、或做电压台阶式上电。.被测气种(Gas Detected)定义：催化燃烧传感器的标准被测气体是甲烷CH4,而且浓度范围为5%vol o当然，也有专门用于测乙焕的催化珠。除了 CH4之外，绝大多数可燃气也是可以用催化珠检测的，例如：CO、H2、NH3、C2H6等等。上表是City的催化燃烧传感器 CAT-16的交叉干扰表。

4、但要注意，不同厂家的催化珠交叉干扰是不 一样的，千万不要套用。问：是不是所有的可燃气体都能够用催化燃烧传感器测呢？答：不是的。含有卤素的碳氢 HC类有机物就会使催化珠中毒，卤素包括氟、氯、漠、碘。含有有机 硅的挥发性气体也会使催化珠中毒，有机硅大量存在于工业环境，例如润滑油的挥发物。含有硫的气体也 会使催化珠中毒，例如 H2S和SO2。问：如果没有会让催化珠中毒的元素，那是不是其他任何可燃气都能测呢？答：也不是这样。碳链长度超过 4个碳的气体，用催化珠测量效果也不好。这涉及到一个失效的原因积碳。因为催化珠上的催化剂是针对催化CH4而开发的，因此催化珠在催化碳链较长的可燃气时，催化活性可能会不够

5、，从而造成碳粉堆积在催化珠上，造成灵敏度下降。另外，如果碳链过长，意味着气 体的比重会比较大，这些气体在工业环境会贴着地面蔓延，而固定式仪表的表头通常是离地面30CM ,气体可能会无法进入传感器，下图1-3为固定仪表。图1-3问：如果气体中含有卤素、有机硅、硫或长的碳链，用什么办法测呢？答：如果是这样的被测气体，那我推荐用红外原理的仪表来测量，例如 NDIR原理的气体检测仪表。 NDIR原理的仪表检测限比催化燃烧传感器更低，寿命长很多倍，不需要氧气参与，也永远不会中毒。如 果被测气体比重比较大，我推荐采用泵吸式的采样方法，这样不仅相应速度快，而且检测限更低。催化燃烧传感器参数的定义(二)一测量

6、范围和工作电压2016-02-15 09:52:45.测量范围(MeasurementRange)定义：一般说来，催化燃烧传感器的测量范围是100%LEL的甲烷CH4。当然，如果被测气体不是 CH4,也有可能超过100%LEL或不到100%LEL。问：100%LEL是什么意思？答：LEL(Low Explosion Level) 是爆炸下限的意思，也就是说，当可燃气浓度在100%LEL以下的时候， 气体即使用火点，也是不会爆炸的。如果浓度超过 100%LEL ,且有氧气和火花点燃，就会爆炸。甲烷的 LEL是5%vol ,即5%vol对应100%LEL。再举个换算的例子，50%LEL对应多少vo

7、l呢？简单地算一下， 是 2.5%vol ,即 5%vol 的一半。问：当用测CH4的催化珠测其他可燃气体的时候，校正因子是如何计算的？答：校正因子(Relative Response 或Correction Factor) 都是实测的。CF和EC传感器的交叉干扰系 数是类似的，计算方法也是类似的。一些品牌的催化珠会给出CF,如果不在这份清单中，也是可以测的，但需要自己做些实验来验证，下图1-1是一些气体对应的校正因子.Relative Response Dota*Gas/VapourResponse%100Ethanol54Hydrogen121Prooan2Cl40Ethane70Acet

8、one42Mpanw510utar-2-are (MEK140Butane49MIBK30PeHtsne42Cydohexane37Hxan的Dr*Ethyl Ether39Heptane35Etbiyl 潮自37Octarw32loFuvna35Ethyi&n#70冷.向信三:Cxr.jL把 I I jO；Methanol72Acetyln39图1-1问：如果可燃气浓度很低或很高，例如超过 100%LEL之后，会发生什么呢？答：如果可燃气浓度很低，例如 PPM级别的浓度，催化燃烧传感器是无法分辨的。因为过低的气体 浓度产生的热量不足以改变催化珠的温度，催化珠的电阻也就不会改变，所以无法检测。

9、如果可燃气超过 100%LEL ,催化珠的温度会过高，催化珠上的陶瓷材料会烧结， 附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”，造成灵敏度降低。另外，如果是高浓度的HC类气体，催化剂会来不及催化，从而造成催化珠积碳，即一层碳粉堆积在催化珠表面，造成灵敏度降低。.工作电压(OperationVoltage)定义：催化珠能够正常工作的电压，电压是加在两个串联的催化珠之上的，这个电压有一个允许的范 围。高于或低于允许的工作电压，催化珠都不能得到很好的性能。问：如果供电电压低于工作电压，会发生什么？答：如果供电电压过低，那么催化珠的温度就不到催化剂能够正常工作的温度，导致其灵敏度会过低， 甚至不会发生催化反

10、应。另外，灵敏度还会随着温度的变化而变化，最终导致灵敏度的温度特性不好，下 图1-2是推荐操作电路。图1-2问：如果供电电压高于工作电压，会发生什么？答：如果供电电压过高，那么催化珠上的多孔陶瓷会烧结，附着在多孔陶瓷材料上的催化剂被“淹没”， 造成灵敏度降低。问：如果采用脉冲式供电，需要注意些什么？答：首先，催化珠必须是为脉冲式供电而设计的，并且经过严格的测试，特别是高低温和有机硅抗毒 实验；其次，脉冲式供电最好是恒流供电，因为过多的电流冲击会损坏催化珠。催化燃烧传感器的定义(三)一灵敏度和工作温度范围2016-02-15 09:48:55.灵敏度(Sensitivity)定义：催化燃烧传感器

11、的输出是电压输出，一般用通入1%vol甲烷的输出电压改变量来衡量催化燃烧传感器的灵敏度。灵敏度的范围可以从几个mV/%volCH4 到二十几mV/%vol CH4 。问：催化燃烧传感器的灵敏度是越高越好吗？答：不是的。灵敏度高往往意味着催化珠的粕金丝比较细，热容小，传导散热慢，同样的热能可以使 催化珠上升的温度高，导致最终探测元件粕金丝的电阻上升得比较多。高灵敏度的催化珠往往都是便携表 使用的。而低灵敏度的催化珠粕金丝比较粗，珠子大，热容也大，传导散热快，同样的热能使催化珠上升的温 度也就比较低，导致最终探测元件粕金丝的电阻上升得比较少。问：粕金丝粗或细对应用有什么影响呢？答：粕金丝粗的催化珠

12、一般都用于固定表，这种催化珠电阻小，供电电压低，工作电流大，功耗也很 大。这种催化珠用在固定表长期稳定性更好，但缺点是不抗摔，容易断丝。粕金丝细的催化珠一般都用于便携表，这种催化珠电阻大，供电电压高，工作电流小，功耗也较小。这种催化珠除了省电，还有一个优点就是抗摔，抗摔的原因是催化珠的质量较轻。问：灵敏度除了和钳金丝粗细有关系，还和什么有关系？答：和催化剂有关系。不同的催化剂催化CH4的效率不同，造成催化珠获得 CH4燃烧的热量不同因为催化剂的调配要考虑多方面的要求，如：催化珠温度、催化效率、抗硫中毒、抗有机硅中毒、高低温 性能、传感器线性、长期稳定性等等，所以催化剂的调配和工艺制作相当困难。

13、.工作温度范围(Temperature Range)定义：催化燃烧传感器能够满足规格书上所有性能所能承受的工作温度。问：哪种催化珠的工作温度范围更宽一些？答：用于固定式的较大的催化珠工作温度范围更宽一些。因为中国的消防认证 CCCF要求的是-40 C -70 C的工作温度范围，因此绝大多数用于便携表的催化珠并不适用于固定仪表。问：催化珠是否和电化学传感器一样，温度低的时候灵敏度更低？答：不是。对于优良的催化珠而言，是需要做到无论高温还是低温，灵敏度变化应该很小。只有这样， 仪表用户才不用做温度补偿软件算法。问：在极端的温度下，通过消防认证的标准是什么？答：国标GB15322.1是甲烷固定表通过

14、消防认证的执行标准。在 -40 C和70 c这两个温度点上，通 入25%LEL和50%LEL的CH4气体，如果误差小于等于 10%LEL ,高低温实现即算合格。催化燃烧传感器参数的定义 (四)一湿度范围和响应时间2016-02-15 09:47:23.湿度范围(Humidity Range)定义：催化珠能够保证性能，并且不会损坏的工作环境的湿度。一般以相对湿度%RH来表示。问：最恶劣的湿度环境是什么样的呢？答：最恶劣的湿度环境是地下管网。在下水道中或电缆沟中，接近饱和湿度。在这样的地方，不仅湿 度高，而且有可能 O2浓度低，如果是下水道，还有可能存在H2S。因此，地下管网对催化燃烧传感器的要求

15、是最高的。问：如果环境中湿度高，催化珠又是间歇式工作模式，会发生什么？答：会发生断丝，致命性损坏。发生机理是这样的：1.恒压供电的一瞬间，电流会是正常工作时候的两倍，在这个瞬间比较容易断丝。2.在湿度高的环境中，催化珠如果不工作，表面上会结露，在上电的瞬间，温度迅速上升，液态水迅速气化，会使催化珠爆裂。问：如果环境中湿度高，但催化珠是长期持续工作的，会有影响吗？答：对催化珠没有影响。催化珠只怕液态水，不怕气态水。.响应时间(Response Time)定义：将一定浓度的可燃气通入催化燃烧传感器，响应值到达平稳值的一定比例所需要的时间。通常 来说用T50和T90来表征催化燃烧传感器的响应速度。问

16、:催化珠的响应时间和催化燃烧传感器的响应时间是一回事吗？答:不是一回事。催化珠所在的腔体体积是很小的，所以响应时间很快。但是，催化珠封装成传感器之 后，死体积增大了，隔爆烧结片也有阻碍气流的作用，因此响应时间会变长。问:T50和T90要求达到多少秒算合格 ？答:如果要满足IEC60079-29-1 的性能测试，T50要满足小于10秒，T90要求小于30秒。问:有哪些因素会影响响应时间 ？答:影响响应时间的因素有：气流大小、烧结片目数、烧结片厚度、进气的方向、传感器内的死体积、气 体扩散的方式。催化燃烧传感器参数的定义 (五)一零点漂移和灵敏度漂移2016-02-15 10:22:30今天介绍催

17、化燃烧传感器用户最关心的两个参数一一零点漂移和灵敏度漂移。在工业现场，对仪表维 护人员来说，最烦心的事情莫过于仪表需要经常标定和更换传感器。不仅费时、费钱，还给生产和维护的 人员增加很多麻烦。因此，零点漂移和灵敏度漂移小的仪表，在现场最受欢迎。.零点漂移(Baseline Drift)定义：在洁净空气中，黑白催化珠和两只电阻构成的惠斯通电桥的输出电压为零点，这个零点随时间 的变化量称为零点漂移，单位为mV/月，mV/年，LEL/月或LEL/年。问：催化珠出厂的时候，零点的失调电压为多少？答：不同的催化珠出厂时，零点失调电压都不相同。固定表用的催化珠零点失调电压低的可以到正负 20mV ,而便携

18、表用的零点失调电压可以到正负30mV ,甚至更高。问：工业现场多少时间检定一次催化燃烧固定表？答：一般说来，6个月一次。要保证在 6个月中，催化珠的零点漂移需要小于3%LELo问：现在市场上零点漂移最小的催化珠是什么型号，小到什么程度？答：City公司的CAT-16 ,零点的年漂移量是正负 3%LEL。.灵敏度漂移(Sensitivity Drift)定义：在通入一定浓度的甲烷气时，黑白催化珠和两只电阻构成的惠斯通电桥的输出电压随时间的漂 移量，单位也为 mV/月，mV/年，LEL/月或LEL/年。问：国标所规定的灵敏度漂移上限为多少？答：国标GB15322.1所规定的月漂移量是正负 5%LE

19、L/28天。但这个漂移量是比较大的，工业现场 要求的是5%LEL/180天。因此满足国标并不等于用户满意。只有生产出长期稳定性更好的固定仪表，用 户才会满意。问：测量灵敏度漂移的气体是什么？答：国际上通用的气体是甲烷，从 25%LEL到75%LEL都可以，但50%LEL的比较常用。中石油和中 石化用的气体是异丁烷，通用浓度也是50%LEL o问：现在市场上零点漂移最小的催化珠是什么型号，小到什么程度？答：City公司的CAT-16 ,测量点的年漂移量是正负 3%LEL,见图1-1 。CAT16 Lifetests501001509QG.篮Q300Age (weeks)图1-1催化燃烧传感器的技

20、术参数(六)一抗硫和抗有机硅2016-02-15 10:21:07今天和朋友们介绍催化燃烧传感器的两个重要参数一一抗硫和抗硅。作为专业的仪表厂家，这两个参 数影响到的是仪表的长期稳定性，必须考虑。这两个参数并不是每个催化珠厂家都会提供，测量这两个参 数会花去仪表厂商大量的时间和金钱。因此，我也在这里呼吁每个催化珠的厂家在产品规格书中列出这两 张图表。.抗硫定义：将一定浓度的H2S气体持续通入工作状态的催化珠，并定时测量催化珠的灵敏度下跌的百分比催化珠的抗硫性能是以一张图表的形式表现出来的，如下图1-1.CAT*1B抗H声性催是新国标的4”信时间小h.僖号:.热汨也声问：测量催化珠的抗毒性能应该

21、用多少浓度的H2S呢？答：按照新国标 GB15322系列，测试气体浓度是10PpM H2S。当然，如果能抗住更高浓度的H2S ,则更好。问：在什么环境中抗硫显得很重要呢？答：石油、天然气中有 H2S,地下煤矿、地下非煤矿山和地下管网中也有硫化氢。在这样的环境，有 时浓度会超过10PPM ,因此，选择催化珠的时候，测试浓度需要有充足的余量。10PPM只是新国标的要求，用户实际使用的要求会比这个浓度高很多倍。因此，在选择催化珠之前，要充分了解客户的真实需求。问：便携表抗H2S有什么意义？答：当标定4合1便携表的时候，为提高效率往往用 4合1的混合气，即50%LEL CH4, 100PPM CO ,

22、 10PPM H2S和18%vol O2 。如果催化燃烧传感器不抗 H2S ,那么，每标定一次，催化燃烧传感器的灵敏 度就衰减一次，不到几个月灵敏度就衰减殆尽，传感器就要更换了。.抗有机硅定义：将一定浓度的六甲基二硅酸 (HMDS)气体持续通入工作状态的催化珠，并定时测量催化珠的灵敏1-2度下跌的百分比。催化珠的抗有机硅性能是以一张图表的形式表现出来的，如下图I%)支上 ZMV一新国标GB16翌2中规定;在1。PPM HMD S中毒化40分钟“CS性能是新国杯的34偌时间fnnin)微信号：CA;：日I7JR图1-2问：测量催化珠的抗毒性能应该用多少浓度的HMDS呢？答：按照新国标GB1532

23、2系列，测试气体浓度是10PpM HMDS 。当然，如果能抗住更高浓度的 HMDS, 则更好。问：化学药品店买来的 HMDS是液态的，如何将它配成 10PPM的气体呢？答：需要用微量进样器和聚乙烯的气袋来配气。步骤如下：1.先用钢瓶空气将气袋冲洗两遍； 2.气袋中注入10L空气；3.用微量进样器吸取一定量的 HMDS ,注入气袋中，HMDS的量需要计算；4.晃动气 袋，让HMDS充分挥发，就配成 10PpM的HMDS气体了。问：有机硅是怎样使催化珠中毒的呢？答：有机硅燃烧后的产物覆盖在了催化珠上，也盖住了催化剂，造成催化活性下降，最终造成催化燃 烧传感器灵敏度下降。这种“中毒”是不可恢复的。问

24、：什么地方会有有机硅的存在呢？可否避免催化珠接触有机硅？答：有机硅在工业和民用环境广泛存在。很难避免催化珠不接触有机硅。由于有机硅具有优异的性能，因此它的应用范围非常广泛，常见的就有 4000多种。它不仅作为航空、 尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩大到：建筑、电 子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等等。主要类别有：硅油、硅 橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂。硅油及其衍生物的主要应用为：脱膜剂、减震油、介电油、液压油、热传递油、扩散泵油、消泡剂、 润滑剂、疏水剂、油漆添加剂、抛光剂、化妆品和日常生活用品添加剂、表面活性剂、颗粒

25、和纤维处理剂、 硅脂、絮凝剂。硅橡胶分为室温硫化硅橡胶和高温硫化硅橡胶。前者主要应用于：密封剂、粘合剂、保形涂料、垫片、 泡沫橡胶、模压部件、封装材料、电气绝缘、玻璃装配、医疗植入物、外科手术辅助材料、制模材料；后 者主要应用于：管材和软管、带材、电线电缆绝缘材料、外科手术辅助材料、阻燃橡胶件、穿透密封材料、 模压部件、压花辐筒、汽车点火电缆和火花塞罩、挤压部件、医疗植入物、层压制品、导电橡胶、纤维涂 料、泡沫橡胶。硅树脂的主要应用有：清漆、绝缘漆、模塑化合物、保护涂料、封装材料、接合涂料、压敏胶、层压 树脂、脱膜剂、粘合剂、砖石防水剂。硅烷偶联剂主要应用于油漆、塑料橡胶加工、粘合剂。综上所述

26、，要想催化燃烧传感器的长期稳定性好，其抗硅性能好是必须的。这是一个仪表厂商必须要 正视的问题，而不仅仅是满足新国标就能满足客户的需求。催化燃烧传感器的技术参数 (七)一交叉灵敏度2016-02-15 13:01:59今天是催化燃烧传感器技术参数介绍的最后一篇，讲的是催化燃烧传废气的交叉灵敏度。中文叫交叉 灵敏度，但英文并不是 Cross Sensitivity ,请注意了，催化珠的交叉灵敏度翻译成英文是RelativeSensitivity 。.交叉灵敏度(Relative Sensitivity)定义：催化燃烧传感器除了对甲烷有响应，对非常多的可燃气也有响应。催化珠对甲烷之外的某气体 的灵敏度和催化珠对甲烷的灵敏度的比值称为交叉灵敏度。这些气体主要是碳氢类的有机物，但也包括 H2,CO, NH3等可燃气。问：哪