可燃气体检测仪表常用于VOCs废气处理设备前端LEL检测，常用的原理有：催化氧化原理、红外原理、FTA原理、FID原理等，现将几种常用的可燃气体检测仪表进行整理，供大家参考。
1、催化传感器（Catalytic sensor）
催化传感器的工作原理是基于可燃气体在催化剂（电加热至250℃至 550°C）的作用下氧化并释放热量，通过测量由于温度上升导致瓷珠的电阻变化，计算得到环境中可燃气体的浓度。
催化传感器的测量范围上限可以达到LFL（LFL指着火下限Lower Flammability Limit）。原则上可以测量所有可燃气体，不过对于不同气体的响应时间和灵敏度可能不同。气体的分子尺寸和摩尔质量越大，响应时间越长，灵敏度越低。
由于所有可燃气体都可以产生传感信号，催化传感器通常不具有选择性。催化传感器对于不同气体的灵敏度相差很大，且灵敏度并不与气体的LFL直接相关。
催化传感器的正常工作要求环境有足够的氧气。因此在空气中如果可燃气体浓度太高，或者在惰性气体环境中，催化传感器不能工作。催化传感器只适用于最高至LFL的可燃气体/空气混合气体环境。
当被测气体浓度高于LFL时，催化传感器可能会错误地显示浓度仍低于LFL。对于防爆目的的爆炸性气体探测，这是非常危险的。
催化传感器可以采用扩散式采样或吸入式采样（通过电动或手动泵）。扩散式采样的气流速度通常会由于探测器的机械结构和烧结材料（阻火器）的阻碍而降低。由于采样电路的补偿，温度、湿度和压力的影响有限，不过一般来说报警限值越低，环境因素的影响越大。
为了防止误报警，报警限值也不应设的太低，推荐甲烷不低于5%的LFL，丙烷和丁烷不低于10%的LFL，汽油蒸汽不低于20%的LFL。
过长时间的暴露于浓度超过测量范围的气体，催化传感器可能需要几个小时的恢复时间，或者导致其零点气体读数和灵敏度的不可逆变化。
催化传感器的催化剂易中毒，必须定期进行检查和校准。
广泛使用的可能引起催化剂中毒的物质包括：
硅（如水封，粘合剂，添加剂，特殊油脂，特定的医疗产品）
四乙铅（如含铅汽油，特别是航空汽油）
硫化物（如二氧化硫，硫化氢）
卤化物（如卤化烃）
有机磷化合物（如除草剂，杀虫剂，磷酸酯）
2、红外传感器（Infrared sensor/lR）
光学传感器的工作原理是基于气体分子对光束能量的吸收，包括紫外、可见光和红外波段。大部分现有的光学传感器工作于红外波段。
除单原子气体（如氨气，氖气，氩气）和对称双原子气体（如氢气和氨气）以外，各种气体在各自特定的波长都可以或多或少的吸收红外能量。
氧气在某一波长可以微弱的吸收红外能量，而且这一波长通常不会和其他气体的吸收波段重合。因此有可能在这一特殊的波长测量氧气浓度。
因此红外探测技术被广泛的应用于空气中其他气体的测量，因为干燥空气的三种主要成分，氮气、氧气和氩气，对零点和通常使用的测量波段都没有影响。
相同类型气体的吸收波段的特性通常类似，因此烃类和许多其他有机物质的波段特性都可以应用于可燃气体检测，因为设定在这一波段的IR传感器可以响应各种可燃气体（不同气体的灵敏度可能不同）。
然而，某些非可燃气体和其他物质的红外吸收波段也可能与上述波段有所重叠，特别是水汽和二氧化碳。如果这些重整的波段不能有效的滤除，这些气体或物质就可能对测量造成干扰。
IR传感器不会消耗采样的目标气体，其运行也不需要氧气，IR传感器不大会受气流的影响。在没有腐蚀、污染或机械伤害的情况下，传感器的寿命很长。
由于不同厂家的IR传感器的结构设计相差很大，很难总结可燃气体IR探测的光学特性。
空气中的其他气体、水蒸气、固态或液态物质，还有粘在滤波器上的污染物，以及振动都可能干扰IR传感器的测量。IR传感器应尽量减少温度、振动等环境因素，以及干扰气体和蒸汽的影响。
IR传感器的接收器可以是光电二极管、光电放大器、光电阻、光电池、半导体电池、声光探测器、光热容性系统、热电探测器等。光纤可能用于光路的末端以防止光敏部件受到损坏或腐蚀并可以防止探测设备的光学或电学部件成为点火源（防爆措施）。
各种类型的IR设备都可以通过自诊断来验证气体的响应。除此以外IR设备的优点还包括：
●高稳定性；
●适用于浓度高于LFL；
●无中毒现象；
●通过自诊断减少维护。自动校准，红外光源故障的自动检查，光学器件上灰尘积累的补偿，可以延长维护周期。不过光路上的滤波器通常不能自诊断。
IR传感器可以对某一特定气体或一类气体进行校准。红外吸收波段不在传感器范围的气体不会被检测到。因此IR传感器应该仅仅用来探测被校准的目标气体。
IR传感器响应时间通常＜4s，还需要考虑采样气体供气的时间。
IR传感器可以用来检测大多数可燃气体，浓度范围从几百ppm到100%。
IR传感器的测量光路越长，灵敏度越高。
通过同时适当选择波长和光路长度，IR传感器可以测量：
●测量烃类气体的总量；
●选择性测量某一种气体成分；
●测量浓度低至ppm级；
●测量上至100%v/v的可燃气体；
由于以上复杂性，对于各种应用，在选择红外系统时，IR传感器的测量范围和性能都必须仔细考虑。
IR传感器的局限包括：
●IR传感器不能响应氢气；
●光路上气体浓度达到一致的时间限制了IR传感器的响应速度；
●压力变化不会影响零点气体读数，但是灵敏度通常正比于压力，所以要特别注意设备气体出口压力的改变；
●某些类型的传感器可能会受振动影响；
●温度可能会放大或减小信号，不过通常影响较小。
3、火焰温度分析仪（Flame temperature analyser/FTA）
FTA的工作原理是基于空气中的可燃污染物使恒定流速的氢气（或其他气体）燃烧火焰的温度上升。FTA通过一个探测器测量燃烧腔内的火焰温度，响应信号相对于目标气体浓度通常是非线性的。
FTA测量室的响应时间通常＜1s，还需要考虑采样气体供气的时间。
燃烧气体必须的成分必须恒定（通常是氢气）。为了确保稳定的零点信号，所有气体的气流都必须恒定在最佳的流量以维持燃烧腔的恒定温度。
要注意被测气体中的卤化烃成分可能会对测量造成干扰，高浓度的卤化烃甚至可能熄灭火焰。
FTA通常用于要求快速响应，浓度低于LFL的应用，用于测量可燃气体和蒸汽的总量。
FTA可以测量高温气体。
FTA原理不具有选择性，由于测量结果的非线性，FTA可能有最高测量浓度限制，要查看产品手册确认。
FTA通常不建议用于ppm级的浓度测量。
FTA要求外部气体，包括燃料气体和空气（或氧气）。测量信号严重依赖于采样气流，燃料气体和空气的流量稳定。采样气体、燃料气体和空气的压力都必须保持恒定，不过采样管路中的阻火器有可能被弄脏，难以使采样气流保持稳定。
FTA可能会受卤化烃干扰。
FTA没有中毒现象。
FTA可以设计为防爆类型，安装于工业现场属于工业现场设备。
4、火焰离子化探测器（Flame lonization Detector/FID）
FID的工作原理基于有机成分在氢气火焰中燃烧时产生的电离。由此产生的离子云在燃烧腔中有数百伏电势差的电极之间移动，产生极小的电流，通过放大并测量这一电流可以计算出气流中有机成分的浓度。
FID的量程很宽（从ppm级到LFL），具有高灵敏度、低测量不确定度。这是因为纯氢在空气中燃烧的火焰产生的离子很少，形成的电流通常小于0.1pA，几乎可以忽略。因而可以通过测量电流而计算出气流中微量的有机物质，通常有机气体的浓度可以低至10到15pg/s。
氢气流通常被控制在只有几十毫升每分钟。氢气流中不可以含有有机成分和其他污染物，但是可以含有氮、氧、水蒸气等。采样气体流量通常被控制在每分钟几毫升。背景气体不一定是空气（通常是合成气体）。合成气体的流量率通常是100毫升每分钟。合成气体与氢气在接近火焰的位置（燃烧前）混合
FID的其他优点包括抗中毒，响应速度快，可以测量高温气体。
FID的响应时间通常低于1.5s，还需要考虑采样气体供给到火焰的时间。
由于FID内部有氢气火焰燃烧，氢气火焰自身是一种点火源，因此FID不能设计为防爆设备，用于可燃危险环境。
FID探测器通常用于气相色谱（Gas chromatography/GC）分析仪中。
FID适用于大多数可燃的有机气体（除甲醛，甲酸外）和某些不可燃的有机成分。FID不适用于无机可燃气体，如氢气、一氧化碳、氦、二硫化碳、硫化氢、氢氰酸。
FID的局限是没有选择性，因为所有有机成分通常都可以产生信号。如果工作区域有多种气体，传感器的校准应采用设备最不敏感的气体。
FID的运行要求外部气体的燃烧，即需要氢气和合成气体（作为背景气体，提供氧气）。某些特殊情况也可以使用采样气体作为燃烧气体。FID的传感信号严重依赖采样气体和氢气气流的稳定，相对来说合成气体的气流稳定性要求稍低，因此，采样气体、氢气和合成气体的压力必须保持稳定（即燃烧炉的温度要保持稳定）。不过采样管路中的阻火器有可能被弄脏，难以使采样气流保持稳定。
FID不会对惰性气体、稀有气体、氮氧化物、卤素、氮、氧、一氧化碳、四氯化碳和水汽产生响应（无干扰）。FID不能用在可能会熄灭火焰的高浓度气体，如卤化烃。
通常FID没有中毒效应，但是如果有硅和其他物质存在，燃烧后可能产生固态物质附在电极和绝缘上，可能会导致传感器灵敏度下降，并最终使传感器失效。
青岛西子环保研究院有限公司
二零二四年 十一月
