任志伟　王 瑞　朱 兰 / 苏州市计量测试研究所

催化燃烧式、半导体式可燃气体检测仪的检定

任志伟王 瑞朱 兰 / 苏州市计量测试研究所

0　引言

可燃气体检测仪主要用于检测易燃易爆气体，如天然气、煤气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气、丙酮、一氧化碳、苯等，广泛应用于化工、石化、电子冶金等领域以及民用安全检测。可燃气体检测仪属于安全防护检测设备，是强制检定的计量器具，必须定期、定点检定，以保证仪器的计量性能稳定可靠。

可燃气体检测仪按传感器与易燃气体反应的原理主要可分为催化燃烧式传感器、半导体传感器两种主要传感器形式。由于传感器的工作原理不同，检定时产生误差原因的种类也有所不同，因此在检定前必须仔细阅读说明书和检定规程，检定时采取正确有效的方法对仪器进行检定。

1　可燃气体检测仪的结构与工作原理

催化燃烧式传感器是采用催化燃烧法来测量可燃气体或蒸汽在空气中的含量。仪器的测量范围一般从零到该气体爆炸的最低气体浓度。当传感器接收到含有可燃气体的混合气体时，可燃气体在电极间进行无焰燃烧，使铂丝电阻增大，电极电压信号发生变化。该电压信号与可燃气体的浓度成正比。由于传感器电桥输出的电压与气体浓度成线性，且响应速度快，重复性好，工作稳定等优点，催化燃烧式气体检测仪大量应用于天然气、煤气、烷类及汽油、醇类、酮类、苯类等可燃气体浓度的检测和安全报警。

半导体传感器是将半导体氧化物SnO2、ZnO等烧结成厚膜状，涂覆在电极表面，在150～300 ℃条件下，被测可燃气体主要是还原型气体，例如：甲烷、乙醇、丙烷、氢气、一氧化碳、甲醇、丙酮等。当这些气体到达半导体表面，并与吸附在表面的氧发生物理化学反应，伴随着电荷转移使半导体材料的电阻发生变化，通过材料阻值的变化，对电信号处理，获得对可燃气体的浓度。由于半导体传感器制造成本低，灵敏度高，故此类可燃气体报警仪在某些领域中被广泛应用。

2　催化燃烧式可燃气体检测仪的检定

在开启催化燃烧式检测仪的检定工作前，必须认真阅读说明书和检定规程。由于传感器为催化燃烧式，零点检定时必须使用高纯空气，不可使用氮气。同时对于标准气体的使用，也必须采用空气中标准气体，且标准气体中氧浓度不应过低，以免标准气体不能在传感器内发生反应。对于标定罩的使用，扩散式标定罩侧壁或是出气孔一侧应有回流出气孔，且出气孔的大小应与标准器流量相匹配，防止罩内气压高于环境气压。连接泵吸式检测仪时，采用三通，其中一路连接流量计，通过观察流量计的流量确保泵吸入的气体全为标准气体。由于催化燃烧式气体传感器响应时间和恢复时间较快，所以只要保证标准稳定的气流通过，其检定结果可靠性通常较高。

3　半导体式可燃气体检测仪的检定

半导体可燃气体检测仪的检定一直以来都是可燃气体检测仪检定人员较为困扰的计量仪器。主要是由于半导体传感器对气体的选择性差，对测试环境要求严格，长期使用后线性较差。具体影响检定结果的主要因素及应对措施有以下四个方面。

3.1温度的影响

温度是影响半导体传感器最主要的因素。因为目前采用的半导体材料只有在一定温度下，气体才能与半导体材料发生反应，且温度的高低决定着材料的灵敏度和选择性。即使传感器本身的加热电压稳定，环境温度的变化也会影响其灵敏度。检定时通入气体的气流会降低敏感材料表面的温度，从而降低其灵敏度。所以通气时，气流流量在符合检定规程的前提下，应以较小的流量检定，以减少散热。对于扩散式要保证通气时间有60 s以上，确保其温度稳定。

3.2湿度的影响

在气体与半导体材料反应过程中，水参与其氧化还原反应，这就需要环境保持一定的湿度。当传感器环境湿度与标准气体湿度相差较大时，应将此因素带来的示值误差考虑到结果中。

3.3敏感材料比表面积的影响

当半导体传感器长期处于油烟或粉尘等环境下时，即使有过滤罩的保护，半导体传感元件表面也会附着油污或粉尘，使其与气体接触面积减少，致其灵敏度降低，即使通过调试标定后能达到检定合格，在短期内随着敏感材料表面情况的恶化，示值仍会发生漂移，所以检定该环境中的报警器时，如遇检定前不合格，建议多采取更换探头或是缩短检定周期。

3.4材料中毒的影响

当半导体气体传感器吸附分子量较大的气体时（如苯，酮类等），其脱附较慢，或是脱附后发生漂移，称之为中毒。所以在此环境中检定时，如果发生零点漂移，可以先用高纯氮气或高纯空气对传感器进行“清洗”，帮助其脱附大分子气体。

4　结语

综上所述，可燃气体检测仪的检定工作是一项较为系统、复杂的工作，由于可燃气体检测仪的工作原理、工作环境、使用寿命以及本身质量的不同，考虑其寿命以外，应当分析出误差的来源，在符合检定规程条件下，改善检定方法，提高量值的可靠性和准确性。在对可燃气体检测仪的检定过程中，检定人员需严格按照检定规程要求进行检定，不断学习、了解可燃气体检测技术，以保证检定结果的正确、科学、有效。

［1］ 李森.浅谈可燃气体报警器的检定［J］. 仪器仪表用户，2014，04：90-91+81.

［2］ 刘妍，李闽蛟，熊贺，等.浅谈检定可燃气体检测报警器的意义和注意事项［J］.计量与测试技术，2014，02：46-47.

［3］ 陆国平.催化燃烧与红外吸收原理可燃气体探测器探讨［J］.化工与医药工程，2014，03：61-64.

［4］ 邓丽芬.可燃气体报警器检定注意事项［J］.中国计量，2011，06：114-115.