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红外吸收式和光离子化式气体传感器（PID）

阅读次数：2020  发布时间：2017/9/14 15:21:04

红外吸收式和光离子化式气体传感器（PID） 红外吸收式气体传感器和光离子化式气体传感器（PID）的共同特点是都有光源。但是两者的工作机理截然不同，前者是被测气体吸收红外光，由光量的变化确定被测气体含量；后者是在光能的冲击下，被测气体离子化，由离子流来确定被测气体含量。前者多用于检测可燃气和二氧化碳；后者多用于检测有机气体。这里根据进口产品介绍这两种传感器。 1、红外吸收式气体传感器的特点 ① 用于可燃气体检测，对绝大多数碳氢化合物都有响应； ② 稳定性好，在恶劣的运行环境下，同样保持可靠的性能； ③ 具有抗中毒功能，检测时不受环境中氧气含量的影响； ④ 安全性能和防爆功能好； ⑤ 使用寿命长，五年保质期； ⑥ 缺点是结构复杂、成本高。 2、光离子化气体传感器（PID）的特点 ① 灵敏度和分辨率高，适用于绝大多数有机气体的检测； ② 无选择性，适于已知有机气体种类时的检测，对一般无机气体无反应，所以没有无机物质干扰； ③ 无中毒问题，使用寿命长； ④ 反应速度快，一般小于3秒，适应于快速应急情况的检测； ⑤ 安全可靠，防爆性好。 二、红外吸收式气体传感器的结构原理 红外吸收式传感器利用待测气体分子吸收红外光的原理。红外光位于普通光源光辐射中不可见部分，几乎任何非单质气体或蒸气，对红外光谱中某些波长的光都有一定程度的吸收，而且吸收程度与待测气体在空气中的浓度有极大关系。使用对某个波长有敏感性的探测元件，可将探测到的吸收程度，转化为与待测气体浓度相当的电信号。 为了解决环境干扰，能使仪器长期稳定运行，准确检测，设计了双补偿光学系统，如图2-9所示。采用双光源、双探测元件和一只温度补偿探测元件，同时监测5个不同的信号，并同时进行交叉计算，达到理想的检测效果。 主光源1的辐射光束由于反射镜的作用，通过两个气室抵达探测端，经分光镜到达探测元件1和探测元件2，对波长33微米敏感的探测元件1产生基本信号。而尘埃、雾和其他因素对红外光的吸收，用对波长3.0微米敏感的探测元件2探测，产生参考信号，待测气体不吸收该波长的红外光，通过两信号对比计算，得到补偿后与待测气体相关的变送信号，如图2-10所示： 使用反射镜使用两个气室延长光路的长度，目的是增加待测气体对红外光线的吸收，从而增加传感器的灵敏度。 另外，本传感器光路增加辅助光源2，其光束不经过气室，直接经分光镜抵达两个检测元件1和2，同时产生两个信号，用以补偿由于温度和电源等因素引起的前两个信号的漂移。一个探测元件同时探测两个信号，是由于两光源调制不同的光脉冲。因此，用两种不同的频率调制两个光源，就可以在每个探测元件上产生两个独立的信号，这两个信号能够经一个微处理器分别计算。被两种频率驱动的信号，经过交叉计算后变成一个信号，此信号已补偿了老化效应以及探测元件温度漂移等等。 众所周知，气体或蒸气的浓度与温度有关，为了补偿温度的附加影响，在变送器内部安装了嵌式温度传感器，产生第五个信号，进行单独温度补偿，否则，温度变化30℃，仪器指示读数就会变化10%。可以看出，将信号巧妙组合，可以提高仪器的稳定性和准确性。 为了保护光路不受阻，增加反应速度，在传感器上增加了防溅罩，利用两个附加装置所产生的热量，防溅罩除保护光路以外，对周围的空气起着抽气泵的作用，加快了检测速度。 三、光离子化式气体传感器（PID）的结构原理 PID由紫外灯光源和离子室等主要部件组成，在离子室内装有正负电极，形成电场。如图2-11所示，待测气体在紫外灯光源的作用下，被离子化，产生正负离子，在电极间形成离子流，然后离子流被放大，显示出“ppm”浓度值。 ① 离子化电位 所有的元素和化合物都可以被离子化，也就是都可以被击碎成带有电荷的小碎片。但各种化合物的组成不同，它被击碎所需能量也有所不同。所谓的“击碎”就是用能量把化合物中的电子从其中分离开来，使之成为带有电荷的离子，即将化合物离子化，每个化合物被离子化的能量称之为“电离电位”（IP），它以电子伏特（eV）为计量单位。离子化能源在PID中就是紫外灯，其能量也用（eV）来表示。如果待测气体的IP低于紫外灯输出的能量，这种气体可以被离子化，即可以被检测。电离电位IP实际表示的是化合物键的强度。 常见物质的电离电位、校正系数以及致死量和爆炸下限列于下表： 物质 分子式 电离电位 校正系数 IDLH ppm 爆炸下限 % 乙酸 C2H4O2 10.66 14 50 4 丙烯腈 C3H3N 10.91 1.2 85 3.0 氨气 NH3 10.16 9.7 300 15 苯 C6H6 9.25 0.53 500 1.2 丁胺 C4H11N 8.71 7 300 1.7 二硫化碳 CS2 10.07 1.2 500 1.3 二甲胺 C2H7N 8.23 1.5 500 2.8 二 C2H8N2 7.28 0.78 15 1.4 丙烯酸乙酯 C5H8O2 10.3 2.4 300 1.4 甲硫醇 CH4S 9.44 0.6 150 3.9 氯乙烯 C2H3Cl 9.99 2.0 150 3.6