催化燃燒式傳感器的工作原理

 可燃物在催化劑作用下燃燒。與直接燃燒相比，催化燃燒溫度較低，燃燒比較*。催化燃燒所用的催化劑為具有大比表面的貴金屬和金屬氧化物多組分物質(zhì)。例如負(fù)載Pd或稀土化合物的催化燃?xì)庠睿蓽p少尾氣中CO含量，提高熱效率。負(fù)載0.2%pt的氧化鋁催化劑，在500℃下，可將大多數(shù)有機(jī)化合物燃燒，脫臭凈化到化學(xué)位移σ=1以下。催化燃燒為無焰燃燒，因此適用于安性要求高的場合，如以H2和O2為原料的燃料電池、用汽油或酒精為原料的懷爐（催化劑為浸Pt石棉）等。如消除化工廠NOx的煙霧，可加燃料到煙霧中，通過負(fù)載型鉑和鈀催化劑，催化燃燒使NOx轉(zhuǎn)化為N2氣。采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎褂糜泻怏w中的可燃物質(zhì)在較低的溫度下分解、氧化的燃燒方法。

檢測可燃?xì)怏w的探測器一般使用催化燃燒式傳感器，它可以看成是一個(gè)小型化的熱量計(jì)，它的檢測原理在幾十年內(nèi)沒有大的變化。這是一個(gè)惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)。在它的測量橋上涂有催化物質(zhì)，它在整個(gè)的測量過程中是不被消耗的。即使在空氣中氣體和蒸氣濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LEL時(shí)，它們也會在這個(gè)橋上發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，測量時(shí)，要在參比和測量電橋上施加電壓使之加熱從而發(fā)生催化反應(yīng)，這個(gè)溫度大約是500℃或者更高。正常情況下，電橋是平衡的，V1= V2，輸出為零。 如果有可燃?xì)怏w存在，它的氧化過程會使測量橋被加熱，溫度增加，而此時(shí)參比橋溫度不變。電路會測出它們之間的電阻變化，V2 > V1 ，輸出的電壓同待測氣體的濃度成正比。

測量易燃易爆氣體時(shí)氧氣濃度是一個(gè)必須注意的問題。催化式傳感器要求至少8-10%的氧氣才能進(jìn)行準(zhǔn)確測量。而在100%可燃?xì)鉂舛认拢@種儀器的讀數(shù)將是0%LEL！因此在測量規(guī)程中，要求在測量易燃易爆氣體的%LEL之前必須首先測量氧氣濃度。這也是為什么要求在密閉空間測量中必須同時(shí)測量氧氣和LEL的原因。如果在*無氧的情況下測量LEL值很容易得到錯(cuò)誤的結(jié)果。

催化燃燒傳感器可以對大部分的可燃?xì)怏w產(chǎn)生響應(yīng)。特定氣體在測量橋上燃燒產(chǎn)生的熱量就反映了它的燃燒熱，而后者會隨各類物質(zhì)性質(zhì)改變。所以，不同物質(zhì)即使在相同濃度下也會產(chǎn)生不同的儀器讀數(shù)。要記住，儀器測量的是電阻的變化而不是濃度的變化！不同的氣體在測量橋上的行為會有很大的不同。通常，較大的分子會產(chǎn)生更多的燃燒熱。另一方面，較小的分子更容易進(jìn)入測量頭的燒結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反應(yīng)。催化燃燒式傳感器，尤其是測量%LEL的傳感器不適合于檢測“較重的"或者長鏈的烷烴，特別是高閃點(diǎn)的物質(zhì)。正如前面所提到的那樣，此時(shí)使用光離子化檢測器可能是一個(gè)好的辦法。