中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2012）12-0077-01 摘要：现代社会随着工业化和城市化的迅速发展，煤气、天然气被越来越多的家庭使用，是人们生活中的重要能源，但同时因燃气泄漏造成的中毒、爆炸事件时有发生，所以燃气的安全使用问题绝对不容忽视。还原性气体传感器能够随时为人们监测燃气的泄漏，确保居家使用燃气安全。本文分析了还原性气体传感器的工作原理，阐述了其在煤气管道泄漏中的预警作用。
关键词：还原性气体 气体传感器 煤气泄漏 预警
一、还原性气体概念及家用煤气成分
所谓还原性气体就是在化学反应中能失去电子，化合价升高的气体，多数为可燃性气体。例如：石油蒸汽、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
家用燃气有三种：①天然气，主要成分是CH4，还有少量的乙烷、丁烷、戊烷、一氧化碳、硫化氢等；②液化气，是炼油厂的副产品，主要成分有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烯、丁烷等；③煤气，是用煤做原料生产的，煤在焦炉内干馏生成的气体主要成分是甲烷、氢气、一氧化碳，称为焦炉煤气。用水蒸汽和炽热的无烟煤或焦炭高温作用下生成的煤气主要成分是一氧化碳和氢气，称为水煤气。
一氧化碳是燃气中的重要组分，其无色无味，人体吸入后会通过肺泡进入血液，抢先和红血球里面的血红蛋白结合，CO与血红蛋白结合的能力是氧气与血红蛋白结合能力的几百倍，与血红蛋白结合后会牢牢抓住不放，导致血红蛋白不能与氧结合，使人感觉头晕心慌，昏迷不醒， 甚至死亡。一旦空气中的CO含量达到万分之几，会使人中毒。
二、气敏电阻和还原性气体传感器及其工作原理
测量还原性气体的气敏电阻一般是用氧化锡、氧化锌、三氧化二铁等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其它添加剂按一定的比例烧结而成的半导体器件，也可以说是在半导体器件上掺杂了一些对气体信号敏感的杂质而构成气体传感器。气敏电阻工作时必须加热到200～450摄氏度，目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物。
气敏电阻的工作原理简单地说当半导体表面在高温下遇到易失去电子的还原性气体（可燃性气体）时，气体分子中的电子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子浓度增加，电阻率下降，电阻减小，还原性气体浓度越高，电阻下降就越多。这样就把气体浓度信号转换成电信号。气敏电阻的灵敏度较高，在被测气体浓度较低时已有较大的电阻变化，而当被测气体浓度较大时其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性。这种特性较适用于气体的微量检漏、浓度监测或超限报警。控制烧结体的化学成分及加热温度，可以改变它对不同气体的选择性。
三、还原性气体传感器在煤气管道泄漏预警中的应用
煤气传感器的主要核心就是气体传感器，如气体传感器检测的燃气浓度达到了预设的报警定值，会产生输出信号给燃气报警器，使其发生声光警报，显示出燃气浓度或者是将外部联动设备启动（电磁阀或排风扇等）。设定气体传感器对气体泄漏感应能力的报警体积分数为：液化石油气：0.1%-0.5%；人工煤气：0.1%-0.5%；天然气：0.1%-1.0%。
如果可燃气体不足（低于爆炸下限）或氧气不足（高于爆炸上限）时都会发生爆炸，不同的气体具有各不相同的爆炸上限、爆炸下限。依据相关规范设定目前的可然气体体积分数，当处于爆炸下限20%-25%（或以下）以及50%时会产生警报。低限报警是20%-25%时报警，50%是高限报警。当爆炸下限检测仪上显示100%时并非可燃气体体积分数达到100%，而是达到了爆炸下限的100%，也就是说可燃气体已经达到爆炸下限。
将气敏传感器连接于平衡式电桥电路上，通过传感器对周围的环境进行气体检测，如果检测的气体中含有一定浓度的可燃性气体，传感器电阻就会发生相应的变化，导致平衡电路失衡，发出讯号，将讯号放大以后驱动发光二极管开始闪光，同时蜂鸣器鸣响，实现报警目的；如果检测气体介质中的可燃性气体浓度受到了控制，下降至报警浓度范围下限值以下，电路会恢复平衡，信号消失，恢复成正常的状态。
目前的气体传感器具有结构简单、体积小、稳定性能好、灵敏度高、价格便宜的特点。燃气报警器采用的气敏元件通常都是氧化锡加贵金属催化剂型的，选择性不好，且很容易因催化剂中毒导致报警不准确。现今的气体传感器采用氧化铁系气敏陶瓷制成，不用添加贵金属催化剂就可以实现高灵敏度及选择性。安装在家用厨房内，可以及时对气体进行检测，及早并解决泄漏事故，联动气体传感器和保护系统，可以在气体达到爆炸极限之前进行控制，尽可能降低事故损失，且气体传感器体积小型化，价格降低，在家庭中应用极为方便。
独立型、混合型、联网型是家用气体传感器的3种工作方式。独立型报警器外接12V、24V或220V的电压，独立安装、独立工作。如果检测到空气中的可燃气体浓度达到了设定的浓度，声光装置就会及时发出报警信号，预防因燃气泄露造成人身财产的损失。混合型报警器会在报警同时将电磁阀切断，通过一些消防报警系统或小区的门禁系统传递预警信号至监控中心，实现预警作用。联网型工作方式是将燃气管道上的电磁阀与报警系统连锁，或其他的智能报警控制终端进行连锁，进行远程、现场连动控制。它的主要功能是在燃气泄漏之后，当浓度超过报警预设浓度就会自动将燃气供应切断，发出声光警报，并启动排风扇。
四、总结
天然气、煤气等还原性气体已经广泛应用在了家庭生活当中，选择合适的气体传感器可以实现安全预警作用，目前燃气、煤气泄露报警系统已经日趋标准化、规范化，高质量小区实现了安全防御系统确保住户的生活质量。小区厨房安装气体传感器能够有效预防煤气、燃气泄漏造成的人员中毒、爆炸事故，值得大力推行，确保小区居民的生活安全。
参考文献：
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