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为什么红外传感器是探测甲烷的首选?

甲烷探测器对于监测各种应用的有效性和安全性至关重要。本文阐述了红外(IR)传感器作为甲烷检测首选传感器的原因。就在30年前,矿工们不得不用金丝雀来警告他们矿井里的甲烷或一氧化碳浓度很高。幸运的是,传感技术已经发展起来,气体检测的替代方法也越来越多。气体探测器可以对环境和工业气体(如甲烷、一氧化碳和二氧化碳)进行定量和检测,这些气体对确保广泛应用和生产过程的有效性和安全性起着关键作用。

图1甲烷分子图

气体探测器广泛用于甲烷浓度监测和泄漏检测。

天然气主要由甲烷组成,广泛用于发电。甲烷是一种高可燃性的温室气体,能与空气形成爆炸性混合物。检测天然气生产、运输和发电过程中的泄漏至关重要,因为甲烷泄漏会导致破坏性后果。在化学工业中,甲醇、合成气、醋酸等商业化学品的生产依靠甲烷气体传感器来确认生产过程的有效和安全运行。甲烷可能影响人类健康和环境,因此测量大气中的甲烷含量以监测环境条件的变化变得越来越重要。

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商业气体检测技术

市场上有各种甲烷气体检测仪和传感器,每种都有其各自的优点和缺点:

电化学传感器通过甲烷与电极的腐蚀或氧化反应产生电流,用于测定气体浓度。由于电极暴露在大气中,可能会发生化学污染和腐蚀,因此需要经常更换电化学传感器。

氢火焰离子化检测器(FID)FID使用氢火焰离子化甲烷气体。电离气体产生电流,可以通过计算确定气体浓度。尽管FIDS准确、快速,但它们需要明火、氢气和清洁空气供应,这意味着FIDS不适合某些应用。

催化传感器催化氧和甲烷的反应。催化传感器产生的热量会导致传感器电阻变化,可用于测量甲烷浓度。虽然催化传感器既坚固又便宜,但在操作过程中对氧气的需求是至关重要的,它们容易受到污染、中毒和烧结。因此,需要经常进行校准和更换。

半导体传感器像催化传感器一样工作。半导体传感器与甲烷反应,引起电阻变化以计算气体浓度。与催化传感器一样,半导体传感器也容易受到污染和中毒。

红外传感器利用红外线束探测和测量大气中的任何气体。虽然红外传感器比其他传感器贵一点,但它们很耐用。因此,红外传感器已成为检测各种气体的主要技术。

红外传感器是甲烷检测的首选技术

非色散红外(NDIR)传感器通常由一个红外源、一个红外探测器、一个采样室和一个滤波器组成。通常,含有参考气体的第二个腔与取样腔平行。红外线通过大气取样室照射到探测器上。采样室内的甲烷气体吸收特定波长的红外线。探测器前面的滤光片阻挡非选定波长的光,因此探测器只能通过测量指定波长的衰减(利用气体浓度和吸收强度之间的关系)来确定甲烷浓度。与其他气体检测技术相比,红外传感器具有许多优点:它们具有内置的故障安全系统,因为它们可以用小信号表示高浓度气体,而在其他传感器中,小信号或无信号表示零浓度或低浓度。如果探测器失效或失效,红外辐射将不会被记录下来,这将触发警报。NDIR传感器也比需要燃烧混合气体的方法更精确。

在某些情况下,即使允许同时存在两种可燃气体,NDIR传感器也可以检测其中一种可燃气体成分。虽然在用户无法确定气体混合物是否易燃时存在一定的局限性。与其他可用的传感器不同,红外探测器不与甲烷气体相互作用。大气中的气体和污染物只与光束相互作用。因此,探测器可以密封以防止损坏,因此


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