甲烷（CH₄）、一氧化碳（CO）、氫氣（H₂）、乙醇等可燃性氣體，從煤壁中釋放出來(lái)或從容器中泄漏出來(lái)，當(dāng)它們?cè)诳諝饣旌衔镏羞_(dá)到一定濃度時(shí)，遇到火源就可能引起燃燒，甚至產(chǎn)生爆炸，造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。人們?cè)谏a(chǎn)過程中，為避免這類火災(zāi)及爆炸事故的產(chǎn)生，在能產(chǎn)生甲烷（CH₄）等可燃性氣體的煤壁附近，或在有關(guān)化工產(chǎn)品生產(chǎn)車間均設(shè)置了穩(wěn)定可靠的可燃性氣體檢測(cè)儀表。能及時(shí)檢測(cè)出可燃性氣體的濃度，并能發(fā)出警報(bào)，同時(shí)啟動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)備避免事故的發(fā)生。

1可燃性氣體檢測(cè)儀表的工作原理

可燃性氣體檢測(cè)儀表主要由傳感器，一次儀表及二次儀表組成。傳感器主要用來(lái)檢測(cè)空氣與可燃性氣體混合物中可燃性氣體的濃度。能準(zhǔn)確地將可燃性氣體濃度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳遞給一次儀表。一次儀表能將收到的電壓（電流）信號(hào)經(jīng)過整形放大，傳遞給二次儀表及關(guān)聯(lián)設(shè)備。

檢測(cè)可燃性氣體濃度儀表中的傳感器因采用的傳感元件不同而形式各異，如有半導(dǎo)體氣敏式、光干涉式、熱導(dǎo)式、催化燃燒式等。其中，用催化燃燒元件做成的傳感器被世界上包括我國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家廣泛地在檢測(cè)可燃性氣體的儀表中采用。這種傳感器的工作原理如圖1所示。



圖1 可燃性氣體檢測(cè)傳感器工作原理

催化燃燒原理是基于可燃燒性氣體與催化元件接觸時(shí)產(chǎn)生無(wú)焰燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體最低爆炸極限濃度的比值基本恒定，通過發(fā)熱使電橋的催化元件阻值變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。圖1中橋臂上R₁與R₂為標(biāo)準(zhǔn)電阻，R₃與R₄是經(jīng)催化處理的檢測(cè)元件（稱黑元件）及經(jīng)鈍化處理的補(bǔ)償元件（稱白元件），即R₃及R₄就是俗稱的黑白元件。當(dāng)環(huán)境氣體中，沒有可燃性氣體存在時(shí)，橋路平衡，輸出為零；有可燃性氣體時(shí)，檢測(cè)元件表面產(chǎn)生無(wú)焰燃燒，溫度升高，阻值產(chǎn)生變化，橋路失去平衡，這時(shí)輸出一個(gè)與可燃性氣體濃度成正比的電壓（電流）信號(hào)，當(dāng)被測(cè)氣體中的可燃性氣體濃度超過設(shè)定的警報(bào)值時(shí)，一次儀表驅(qū)動(dòng)二次儀表發(fā)出警報(bào)，并啟動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)備。如煤礦井下的風(fēng)電甲烷閉鎖裝置，當(dāng)工作面甲烷傳感器檢測(cè)到甲烷濃度超限時(shí)，立即驅(qū)動(dòng)二次儀表發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)開啟通風(fēng)機(jī)和停掉工作面電源。如果在地面化工產(chǎn)品的生產(chǎn)場(chǎng)所，當(dāng)容器中可燃性氣體泄漏出來(lái)的濃度超限時(shí)，檢測(cè)儀發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備稀釋可燃性氣體濃度，及時(shí)提醒工作人員，進(jìn)行查漏并采取相應(yīng)處理措施。

2可燃性氣體傳感器的特性及標(biāo)定

2.1 可燃性氣體傳感器的特征

（1）傳感器的特點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，這類傳感器均在可燃性氣體濃度為0~100%內(nèi)有較好的線性穩(wěn)定性；不容易受到背景氣體（如CO₂等）的干擾；較容易實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的補(bǔ)償；響應(yīng)時(shí)間短，精度高。上面提到的甲烷傳感器，就明顯地具有這些特點(diǎn)。

（2）傳感器的傳感元件要具有耐沖擊能力和抗“中毒”能力，要求檢測(cè)可燃性氣體傳感器具有這種特殊能力，是基于工作環(huán)境而言的。例如容器泄漏可燃性氣體時(shí)有的是緩慢外泄，如果噴射性外泄就在傳感器附近，這時(shí)傳感元件接觸到可然性氣體的濃度就大大地超過最低爆炸極限濃度，即傳感器受到高濃度可燃性氣體的沖擊。對(duì)于高質(zhì)量的傳感器能在沖擊過后，較好的恢復(fù)在其量程范圍內(nèi)的靈敏度，但有的傳感器元件受沖擊過后出現(xiàn)催化性能銳減的現(xiàn)象，而喪失反應(yīng)靈敏度。還有的傳感元件在被檢測(cè)的可燃性氣體的混合物中接觸含有硫化氫或鹵族元素化合物，致使傳感元件喪失催化活性而靈敏度衰減，這種現(xiàn)象被稱作傳感元件“中毒”。因此我們必須選擇抗“中毒”的元件來(lái)做傳感器。

2.2 可燃性氣體檢測(cè)傳感器的標(biāo)定

為了保證檢測(cè)儀表能靈敏、準(zhǔn)確地檢測(cè)出可燃性氣體的濃度，必須定期對(duì)儀有進(jìn)行標(biāo)定校核。為此應(yīng)該注意做好以下幾方面的工作。

（1）標(biāo)定的周期和標(biāo)校人員的資格。國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)定“標(biāo)定周期為一年”、“儀表（器）經(jīng)常非正常震動(dòng)或?qū)κ局涤袘岩梢约案鼡Q主要元件后隨時(shí)送檢”。各儀表制造商，在產(chǎn)品使用說(shuō)明書中，均指出了其儀表的標(biāo)定周期，但就是同一類型的儀器，各廠家有不一樣標(biāo)定周期，根據(jù)有關(guān)資料規(guī)定及本人的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)定周期對(duì)在煤礦井下使用的可燃性氣體傳感器的標(biāo)定以每3個(gè)月標(biāo)定一次為好，而在地面化工產(chǎn)品生產(chǎn)場(chǎng)所的可燃懷氣體檢測(cè)傳感器的標(biāo)定以每3個(gè)月標(biāo)定一次為好，而在地面化工產(chǎn)品生產(chǎn)場(chǎng)所的可燃性氣體檢測(cè)傳感器每6個(gè)月校定一次為宜。標(biāo)校人員的資格，必須是經(jīng)過有關(guān)單位的專門培訓(xùn)，并經(jīng)當(dāng)?shù)氐挠?jì)量部門考核合格后，發(fā)給合格證書的人員，才能持證上崗對(duì)傳感器進(jìn)行定期標(biāo)定和校核。

（2）標(biāo)定方法。一般情況，儀表制造商對(duì)其制造的產(chǎn)品的標(biāo)定校核均有詳細(xì)的說(shuō)明。通用的方法是：將標(biāo)準(zhǔn)氣體由鋼瓶流出，經(jīng)過減壓閥，然后通過專用的標(biāo)定罩，把標(biāo)準(zhǔn)氣體提供給傳感器進(jìn)行標(biāo)定。有的標(biāo)定人員為了更好的控制標(biāo)準(zhǔn)氣體的流量，在減壓閥的后面加上轉(zhuǎn)子流量計(jì)，對(duì)傳感器進(jìn)行定量供氣，這樣可以避免因手動(dòng)控制不準(zhǔn)確而浪費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)氣的現(xiàn)象產(chǎn)生。在井下標(biāo)定傳感器要注意的是，在標(biāo)定前必須要用便攜式儀器測(cè)試環(huán)境氣體中可燃性氣體的濃度是否在規(guī)程規(guī)定的安全范圍內(nèi)，否則不能進(jìn)行標(biāo)定，以免發(fā)生安全事故。

3 可燃性氣體檢測(cè)傳感器的布置方式

傳感器必須安放在可燃性氣體容易泄漏或釋放擴(kuò)散的地方，這樣才能使得傳感器元件與被測(cè)氣體容易接觸。然而，究竟如何來(lái)布置傳感器，傳感器布置的位置和數(shù)量多少為好？其前提是既要考慮安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，但必須要以安全性為主。主要原則：①區(qū)域性布置與重點(diǎn)部位布置相結(jié)合的采掘工作面、采區(qū)巷道，在地面能泄漏出有涌出的采掘工作面、采區(qū)巷道，在地面能泄漏出有可燃性氣體的化工產(chǎn)品生產(chǎn)的封閉與半封閉廠房?jī)?nèi)，需要監(jiān)測(cè)的塔、罐、機(jī)泵等工藝設(shè)備群體可按10m左右布置一個(gè)或多個(gè)比率來(lái)設(shè)置傳感器的數(shù)量。所謂重布置是指有可燃性氣體釋放的采掘工作面上、下幫、上隅角，回風(fēng)巷的入口處；化工廠的生產(chǎn)車間工藝設(shè)備旁，機(jī)泵管道上的采樣口、灌裝口、儲(chǔ)罐的排水口等釋放源的附近。②讓氣體跟傳感器緊密接觸的原則?？筛鶕?jù)被測(cè)氣體的比重來(lái)確定安設(shè)位置。若被測(cè)氣體的比重比空氣輕，則應(yīng)安放在上方。如采掘工作面的上隅角，甲烷容易積聚，必須安放甲烷傳感器。③對(duì)流動(dòng)空氣，必須將傳感器安放在下風(fēng)側(cè)。④在生產(chǎn)車間的分析室，控制室和防火防爆區(qū)的變配電室內(nèi)，要安放一定數(shù)量的傳感器。⑤檢測(cè)系統(tǒng)制造商的使用說(shuō)明書要求必須安裝的傳感器。

以地面化工廠壓縮機(jī)房為例，說(shuō)明在現(xiàn)場(chǎng)布置傳感器的方法，設(shè)備數(shù)量較集中時(shí)，按區(qū)域性進(jìn)行控制，避免布置在緊靠機(jī)泵密封端或閥門放水口，以免頻繁報(bào)警。先在一排機(jī)泵的兩端建筑物柱頭附近布點(diǎn)，兩端之間布點(diǎn)結(jié)合液化石油氣或甲類油品物料而有所區(qū)別。前者密，后者疏，并盡可能結(jié)合柱距布置在柱頭附近，每隔一柱安放一個(gè)傳感器。在電動(dòng)機(jī)一側(cè)的一排柱可每隔兩柱安放一個(gè)傳感器，即與機(jī)泵一側(cè)成三角關(guān)系。如圖2所示。

　　

　　圖2 化工廠壓縮機(jī)房的傳感器布點(diǎn)示意圖

此外，可燃性氣體檢測(cè)儀表要進(jìn)行經(jīng)常性的維護(hù)管理工作。要保證其良好的三率（使用率、完好率和準(zhǔn)確率）。為此，必須制定出嚴(yán)密的維修管理制度和實(shí)施細(xì)則，落實(shí)維修管理人員。一定要定期對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。清掃防塵罩，每班要進(jìn)行正常的巡檢，認(rèn)真做好交接班的記錄。總之要為確?？扇夹詸z測(cè)儀器適時(shí)、準(zhǔn)確、靈敏、可靠地工作而加強(qiáng)維護(hù)和管理。