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紅外氣體傳感器：紅外傳感器是如何應(yīng)用于甲烷監(jiān)測(cè)的
為什么紅外(IR)傳感器是甲烷檢測(cè)技術(shù)的首選，作為能夠檢測(cè)和量化工業(yè)和環(huán)境氣體的探測(cè)器，在確保各種工藝和應(yīng)用的安全和效率方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
天然氣主要由甲烷組成，在發(fā)電中有著廣泛的應(yīng)用。然而，甲烷是一種極其易燃的溫室氣體，可以在空氣中形成爆炸性混合物，甲烷泄漏會(huì)產(chǎn)生毀滅性的后果，因此在天然氣開(kāi)采、運(yùn)輸和發(fā)電過(guò)程中檢測(cè)泄漏至關(guān)重要。
在化學(xué)工業(yè)中，合成氣、甲醇、乙酸和其他商品化學(xué)品的生產(chǎn)依賴于甲烷氣體傳感器，以確保過(guò)程安全有效地運(yùn)行，測(cè)量大氣中的甲烷含量，對(duì)于監(jiān)測(cè)可能影響環(huán)境和人類健康的不斷變化的環(huán)境狀況也變得越來(lái)越重要。
商用氣體檢測(cè)技術(shù)
市面上有各種各樣的甲烷氣體探測(cè)器和傳感器，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)：
火焰電離探測(cè)器
FIDS使用氫火焰電離甲烷氣體，電離氣體傳導(dǎo)電流，測(cè)量電流以確定氣體濃度。雖然FID是快速和準(zhǔn)確的，但它們需要?dú)湓础⒚骰鸷颓鍧嵉目諝夤?yīng)，因此，F(xiàn)ID不適合于某些應(yīng)用。
催化傳感器
催化傳感器催化甲烷與氧氣的反應(yīng)，產(chǎn)生熱量，改變傳感器的電阻，由此計(jì)算甲烷濃度。雖然催化傳感器價(jià)格低廉且堅(jiān)固可靠，但它們需要氧氣的存在才能工作，而且容易中毒、燒結(jié)和污染，因此需要定期校準(zhǔn)和更換。
半導(dǎo)體傳感器
半導(dǎo)體傳感器以類似于催化傳感器的方式與甲烷反應(yīng)，導(dǎo)致用于計(jì)算氣體濃度的電阻發(fā)生變化，與催化傳感器一樣，半導(dǎo)體傳感器容易受到污染和中毒。
電化學(xué)傳感器
電化學(xué)傳感器在電極上氧化或還原甲烷產(chǎn)生電流，用于測(cè)定氣體濃度。由于大氣與電極之間的接觸，會(huì)發(fā)生腐蝕和化學(xué)污染，電化學(xué)傳感器需要頻繁更換。
紅外傳感器
紅外傳感器使用紅外光束探測(cè)和量化大氣中的氣體。雖然紅外感應(yīng)器比其它感應(yīng)器稍貴，但它們堅(jiān)固耐用，因此，紅外傳感器已經(jīng)成為探測(cè)一系列氣體的主流技術(shù)。
一種非色散紅外(NDIR)傳感器通常由一個(gè)紅外源、一個(gè)樣品室、一個(gè)濾光器和一個(gè)紅外探測(cè)器組成。典型地，包含參考?xì)怏w的第二個(gè)腔室與取樣室紅外光平行運(yùn)行，通過(guò)該大氣取樣室將該取樣室中的甲烷氣體以特定波長(zhǎng)吸收光。探測(cè)器前面的濾光器遮擋了非所需波長(zhǎng)的光，因此探測(cè)器只測(cè)量指定波長(zhǎng)處的衰減，用于確定當(dāng)前甲烷的濃度。
紅外傳感器與其它氣體檢測(cè)技術(shù)相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：紅外傳感器有一個(gè)內(nèi)置的故障安全系統(tǒng)，它來(lái)自于小信號(hào)代表高濃度氣體的事實(shí)，而在其它傳感器中，小信號(hào)或無(wú)信號(hào)意味著零或低氣體濃度。如果探測(cè)器變得模糊或失效，紅外輻射將不會(huì)記錄，并將發(fā)出警報(bào)。
此外，與其它類型的傳感器不同，紅外探測(cè)器不與甲烷氣體相互作用，大氣中的氣體和污染物只與光束相互作用，因此探測(cè)器受到保護(hù)，壽命長(zhǎng)。
NDIR傳感器也能夠比要求混合氣體燃燒的技術(shù)更具體。在某些情況下，NDIR傳感器甚至允許在另一種可燃?xì)怏w存在的情況下檢測(cè)一種易燃?xì)怏w成分，但這確實(shí)產(chǎn)生了一個(gè)限制，即用戶無(wú)法確定一種氣體混合物是否易燃。
與其它傳感器一樣，紅外探測(cè)器提供快速的響應(yīng)時(shí)間和精確的結(jié)果。雖然催化、半導(dǎo)體、電化學(xué)傳感器和FLDS都要求目標(biāo)氣體的濃度低于較低的爆炸極限，但紅外傳感器可以準(zhǔn)確地測(cè)量氣體濃度為零至100%。此外，紅外傳感器不需要氧氣或外部氣體來(lái)工作。
紅外傳感器有一些缺點(diǎn)：它們可能受到溫度和壓力變化的不利影響。然而，先進(jìn)的紅外傳感器現(xiàn)在提供壓力和溫度補(bǔ)償，導(dǎo)致可靠和持久的傳感器，很少有缺點(diǎn)。紅外傳感器已成為甲烷和其它與工業(yè)和環(huán)境有關(guān)的氣體的首選檢測(cè)方法。
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