可燃氣體報警儀表的原理及應用

劉書東

（中原油田分公司技術監測中心，河南 濮陽 457001）

可燃氣體報警儀表能夠對室內及室外相關場所中的可燃氣體進行檢測，一旦可燃氣體含量超出標準值，出現泄漏問題，探測器就會將所測到的情況轉化信號，傳至報警儀表中進行報警，人員可直接通過儀表觀察到可燃氣體的濃度。當警報發出后，相關人員可及時采取措施或尋求消防部門幫助，以最大限度降低氣體泄漏事故的發生概率，保護場所及人員安全。所以現階段應對可燃氣體報警儀表加以了解，做好其應用工作。

1 可燃氣體報警儀表原理及結構分析

可燃氣體報警儀表主要由檢測元件、報警系統、放大電路及顯示器四部分組成，其工作原理主要借助熱導體、半導體及紅外吸收，多數情況下報警儀表報警原理為催化燃燒[1]。而儀表報警原理的關鍵點是平衡電橋，其電橋一端橋臂為熱敏元件，表面含量大量的催化劑，當其與空氣中的可燃氣體進行接觸時，會產生相關信號，報警儀表以信號變化情況對空氣中可燃氣體的濃度進行檢測，一旦濃度超過標準值后，就會通過信號反饋發出報警。

1）催化燃燒類型。在達到相關環境溫度后，空氣若含有一定濃度的可燃氣體，該傳感器元件表面，受到催化劑的作用會與可燃氣體產生關聯，出現無焰燃燒情況。這種狀態下，傳感器內部電阻值會變大，人員可根據電阻值的具體變化情況了解判斷出空氣中可燃氣體的含量及濃度。對于該類型的報警儀表來說，其傳感器在使用過程中都會安裝檢測探頭和參考探頭。為了避免探頭在長期使用或相關因素影響下而出現生銹問題，成為燃燒源，通常情況下都需要選擇質量好的探頭、以及在探頭周圍安裝保護罩，以保證探頭使用的安全性，能夠有效為報警儀表進行溫度補償。該類型的傳感器檢測電路除兩種探頭外，還包括電阻等，其整體結構組成較為簡單，不會耗費大量的成本，且信號輸出能力較強，也不會受到溫度、其他類型氣體的干擾。但對于該類型的報警儀表來說，同樣存在相關缺點，其檢測時間較短，針對室內外含有高濃度的可燃氣體并不適用。現階段主要將其應用于檢測瓦斯是否泄漏方面。2）光干涉類型。不同的可燃氣體在空氣中可呈現出不同的光程，利用光程可對可燃氣體進行檢測監控。該類型的報警儀表具有明顯特征，且適用于不同濃度的可燃氣體，同時報警儀表使用過程中也容易矯正。但其在可燃氣體濃度監測過程中所顯示的濃度值不具有較強的準確性，人員無法準備判斷空氣中可燃氣體的具體含量。另外，該類型的報警儀表會受到環境、氣壓等因素的影響，且整體制作成本較高。3）熱導類型。該類型的報警儀表主要利用熱敏元件對可燃氣體進行監測，借助鎢絲、電路等條件對熱敏元件加熱，保證其處于設定溫度下。若空氣中的可燃氣體導熱系數較大，熱敏元件會受到影響，引發熱量喪失，此時熱敏電阻值降低，經過相應的處理調整將電阻值變化轉為電壓變化，對可燃氣體進行有效監測[2]。熱導類型的報警儀表制作成本較低，設計簡單，更利于人員使用操作，且該報警儀表具有較強的穩定性和耐久性。但其在監測過程中容易受到溫度等因素的影響，同時整體檢測靈敏度較低。4）電化學類型。電化學報警儀表主要由傳感電極及反電極組成，通過小型的開孔能夠讓氣體與傳感器產生反應，再使用疏水屏構建保護層，讓氣體與傳感電極充分反應，產生準確信號[3]。該報警儀表主要利用氧化及還原反應原理。所以在使用該報警儀表時，需要根據需要檢測的可燃氣體類型，選擇合適的電極材料，確保兩者之間能夠產生反應。

2 可燃氣體報警儀表的應用

1）報警儀表在工業生產中的應用。對于工業生產中所使用的報警儀表來說，通常為固定式，主要由探測器、控制器等構件組成。控制器一般安裝在各個工業生產現場的值班室內，工作人員可借助控制器及設備進行生產各區域的可燃氣體濃度值進行監測，而探測器主要安裝在生產現場，但為確保探測效果，應盡可能安裝在距離可燃氣體較近的區域。探測器在使用過程中，利用傳感器對可燃氣體進行監測，并將可燃氣體的濃度值轉變為相應的信號，通過線纜等方式傳達至控制器。一旦區域內可燃氣體濃度值超過安全范圍后，該報警儀表會觸發警報器，通過自動報警的方式通知相關人員。另外，該報警儀表在獲知可燃氣體濃度超標后，會采取相應的自動控制措施，如開展排氣扇、電磁閥等，以第一時間降低氣體濃度。比如RK-4000報警器，其主要由RK-4000控制器與QT-300探測器組成[4]。QT-300探測器具有較強的靈敏性、抗干擾性，能夠實現自動零點、自動曲線補償及故障自動監測，以及能耗小等特點，同時其還能與其他控制器配套使用，或有效接入DCS系統。該探測器內安裝的傳感器也可根據被測氣體的類型進行合理選擇，如電化學式用于毒性氣體，半導體敏感元件和催化型敏感元件用于一般可燃氣體。其所對應的基礎技術指標如表1所示。一旦可燃氣體濃度超過安全值，探測器監測后就會通過信號傳輸給控制器，同時發出警報和采取自動控制措施。使用該報警器的優勢為其借助智能技術手段，如微處理、多功能板塊等，能夠實現查看監測時間、實時顯示濃度值以及自動巡檢等效果。由于該型號的探測器能夠有效監測各種可燃氣體，現階段其在燃氣、化工等行業領域中受到較好的應用。2）報警儀表在家庭生活中的應用。家用報警儀表主要用于檢測家中煤氣泄漏方面，避免因煤氣泄漏、CO濃度過高而危害人們的生命安全。通常情況下報警儀表底座在安裝時應與氣源保持大于兩米，小于四米的距離，而報警儀表在安裝時，需要根據不同的氣源設定其垂直高度位置。比如用于監測液化氣，應確保報警儀表與地面距離不超過0.3米，用于監測煤氣、天然氣等，應確保報警儀表與天花板距離不超過0.3米。不得將其安裝在通風口或溫度較高等區域內。報警儀表在運行過程中，一旦可燃氣體濃度超標，會觸發報警，包括報警燈閃爍、蜂鳴器鳴響，同時其報警器會自動將相關電源切斷，并打開排風扇等設備。人們在接收到報警信號后，應將家中所有電源切斷，打開窗戶通風，并撥打燃氣單位電話請專業人員進行維修。

表1

3 關于可燃氣體報警儀表的應用注意事項

為了更好地發揮報警儀表的應用價值，在其應用過程中還應加大對相關注意事項的重視度，做好相應的工作內容。首先應定期對報警儀表進行矯正校準工作，包括傳感器、報警儀表整體等。其次針對只能監測單個可燃氣體的報警儀表來說，應采取相關措施減少影響因素，提高監測的準確性。同時做好養護維修工作，根據報警儀表的類型及內部元件制定不同的方案，以確保其使用安全可靠、有效延長其壽命。

4 結語

綜上所述，可燃氣體報警儀表可用于工業、家庭等相關領域，有效監測空氣中可燃氣體的濃度，在濃度超標后第一時間報警和采取自動控制措施，以降低損失、保護人員安全。在現階段及未來發展中，還需要進一步加強對報警儀表的研發力度，不斷提高其應用水平。