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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