传感器原理
气体探测器根据目标气体类型和浓度采用各种传感器,本文将讨论日本理化学研究所气体探测器主要采用的传感器原理。
新的陶瓷催化方法
该传感器依赖于检测超细颗粒氧化催化剂(新型陶瓷)上燃烧的可燃性气体产生的热量。传感器测量范围广泛,从数千 ppm 到爆炸下限(LEL)。
(主要检测目标气体:可燃性气体)

干涉仪法
这种光学传感器提供了高精度和出色的长期一致性。该传感器在Riken Keiki的历史中也具有悠久的使用历史。
(主要检测目标气体: 可燃气体)

催化燃烧法
该传感器依赖于检测氧化催化剂上可燃性气体燃烧时产生的热量。理想用于检测爆炸下限 (LEL)
(主要检测目标气体:可燃性气体)
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半导体方法
这种通用传感器旨在检测各种气体,从有毒气体到可燃性气体。该传感器具有高灵敏度,在低浓度范围内输出高。
(主要检测目标气体:可燃性气体、有毒气体)
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热丝型半导体方法
这种高灵敏度的可燃气体传感器非常适合检测低浓度气体。低功耗和紧凑的尺寸也使其成为便携式气体检测器的理想选择。
(主要检测目标气体:可燃气体、有毒气体)
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热传导法
该传感器基于这些气体热导率的差异来检测目标气体的浓度。非常适合检测高浓度气体(体积百分比)
(主要检测目标气体:可燃气体)
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电位电解法
该传感器能够选择性地检测目标气体。非常适合检测有毒气体
(主要检测目标气体:有毒气体)
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膜型原电池法
这个传感器应用了原电池原理来检测氧气。它不需要外部电源,并且在长期使用中表现出色的一致性。
(主要检测目标气体:氧气)
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非色散红外法
这个传感器依赖于被检测气体对红外光的独特吸收特性。光学传感器在长期使用中提供了出色的性能一致性。
(主要检测目标气体:可燃气体、有毒气体)
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膜分离电极法
基于电化学原理,该有毒气体传感器采用气体渗透膜(隔膜)与工作电极完全分离的配置,以实现优异的选择性。
(主要检测目标气体:有毒气体)
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化学胶带法
该传感器基于检测目标气体与涂有颜色开发者的小贴纸反应后的颜色,检测极低浓度的气体。
(主要检测目标气体:有毒气体)
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光离子化检测器
该传感器通过检测目标气体在紫外线照射下产生的电离电流来检测气体浓度。
(主要检测目标气体:有毒气体)
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热裂解-颗粒检测方法
该传感器通过测量加热检测目标气体时产生的氧化物颗粒浓度来检测气体。它在长期性能、干扰特性和响应特性方面表现出色。
(主要检测目标气体:有毒气体)
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火焰探测器
该设备通过检测气体在物质燃烧时发出的强烈紫外线和红外线来检测火焰的存在。
(检测目标:火焰检测)
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差分光学吸收光谱法
测量气体浓度的方法依赖于特定波长的光被不同气体吸收的原理。 开放路径气体探测器依赖于这种方法。
(主要检测目标气体:可燃气体)
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配备X射线荧光光谱仪的X射线衍射仪
该系统在能量色散X射线荧光分析仪探测器中采用了一个角度驱动机制,能够对X射线衍射和荧光进行单装置分析。
(检测目标:X射线衍射和荧光测量)
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开启低能电子计数的轮廓
这是世界上唯一能够计数在空气中发射的低能电子的表面分析传感器。这个RIKEN的专有产品是由RIken Keiki开发并推向市场的。
(检测目标:物质表面分析)
选择 便携式气体探测器Riken Keiki提供多种产品以适应特定的工作环境气体特性及工作细节。
正确选择和使用我们的气体探测器将确保用户的安全和安心。
便携式气体探测器
这些产品在人员进入储罐、人孔或其他存在缺氧风险的地点前进行检查时是理想的。在处理有害气体时也可以佩戴。

扩散类型扩散型气体探测器检测与传感器接触的气体泄漏。工人佩戴在身上,当周围检测到气体时,会向用户发出警报,使用户能够移动到安全位置。

吸吮型抽气式气体探测器内置泵。因此,在工作时,如果在罐内或任何有缺氧风险的地方,气体探测器连接的软管可以放在罐内检测气体,并在工作前确认安全。

单气体探测器这些设备包含一种气体传感器,集成在一个检测器中。这使它们紧凑且轻便,可以佩戴在头盔或手表样式上。

多气体检测仪这些包含多个传感器在一个检测器内。它们可以同时检测多种气体,例如有毒气体和氧气。它们还可以同时显示相应气体的浓度。

防爆产品(防爆区域)像石油化工厂这样的会产生可燃气体的场所需要防爆气体探测器,以防止探测器本身成为点火源。

制氢设施等。
非防爆产品(非防爆区域)由于不需要防爆设计,非防爆气体探测器被部署在半导体工厂和其他不会产生可燃气体的地点。

半导体工厂等。
气体探测器必须根据特定应用进行选择。请考虑其他因素,包括检测目标气体、检测目的(例如,预防爆炸、检测有毒气体泄漏、浓度监测、泄漏检查)以及符合特定标准的认证。
便携式气体探测器的类型

选择 固定式气体探测器根据不同的行业,工厂和设施可能会带来许多不同的潜在气体危险。增加安全性取决于正确选择和配置系统以防止危险。
Riken Keiki 提供一系列适合特定工厂和工作内容的产品。
固定式气体监测系统的类型
固定式气体监测系统是什么?这些设备检测气体,显示浓度,并发出警报。它们通常以气体检测仪与指示/报警装置相结合的形式使用。
什么是固定气体
探测器?这些气体探测器被设计用于在特定位置安装并连续使用和监测。
它们使用内部传感器检测气体。
它们通常与指示/报警装置和外部蜂鸣器等设备一起使用。
根据安装位置的不同,固定气体探测器可以是壁挂式、面板式、杆式或管道插入式。
什么是便携式气体探测器?这些气体探测器被设计用于固定在特定位置,并由交流电源供电。它们可以轻松地从一个地方移动到另一个地方。
气体通过内部传感器进行检测。这些气体探测器也可以与指示/报警装置和外部蜂鸣器等设备一起使用。
什么是指示/报警装置?这些设备被设计用来接收气体探测器的信号,并显示气体浓度以及输出报警和接触信号。
它们可以使用蜂鸣器和灯来触发报警,并输出接触或4 - 20 mA直流输出。
系统配置
对于大型工厂
监控室等。

系统来自诸如具有大量检测点和检测目标气体的工厂等位置的气体检测器的信号可以通过PC或PLC集中管理。
工厂区域地图可以立即识别气体泄漏发生的位置。
还提供其他功能,例如趋势图。
趋势图函数

监控室、工作场所等。

指示/报警装置指示和报警装置接收气体探测器的信号,并显示检测点的气体浓度。它还输出报警操作,使用蜂鸣器或灯,报警触点输出,气体浓度模拟信号等。

工作场所、管道等。

气体探测器探头这些设备实际上使用内部传感器检测气体。
这些设备用于将气体浓度信号传输到指示/报警单元。
对于中小企业工厂
① 仅气体探测器头

智能变送器/气体探测器包括浓度显示、触点和4 - 20 mA输出,仅使用气体探测器头即可控制旋转灯和外部蜂鸣器。
②气体探测器头和指示/报警装置的安装示例 (单触点型)

使用气体探测器头配合指示/报警装置,可以在远离现场的安全位置和气体探测器头安装的位置读取浓度。
③气体探测器头和指示/报警装置的安装示例 (多触点类型)

使用多个气体探测器探头与多触点指示/报警单元结合,可以从前置一个位置监测现场安装的多个气体探测器的浓度。抽样方法
固定气体监测仪依赖于以下三种不同的采样方法:
扩散类型扩散型气体探测器安装在容易发生气体泄漏和/或气体积聚的地方。它们检测通过扩散到达探测器的气体。

吸吮型抽气式气体探测器使用内置或外置泵以预设的流量将气体输送到传感器。这些探测器适用于已经确定气体泄漏位置或气体探测器无法直接安装在检测点的情况。

吸引器 吸收类型抽气式气体探测器使用抽气装置的仪表空气以预定的流量供应气体。与泵相比,这些设备没有需要供电的驱动装置,具有显著的运行成本优势。

防爆建筑
在存在或假定存在易燃气体、蒸汽或粉末的(危险)场所——例如,炼油厂和化工厂——为防止爆炸而实施的技术措施(防爆结构)统称为防爆措施,采用这些措施的设备称为防爆设备。
防爆结构类型
本质安全防爆结构 “i”设计旨在消除电气线路在正常状态或指定故障状态下点燃气体或蒸汽时产生电弧或火花的风险。
所用电量受到限制,以防止产生火花或火灾。该构造被分类为“ia”级,允许最多两个可能的故障(“ia”表示更高的等级)。
防爆外壳 “d”这指的是设计用于在爆炸性气氛进入设备时能够承受内部爆炸而不受损坏,并防止外部气体或蒸汽的点燃。
杂项其他类型的防爆电气设备包括非防爆电气设备“n”,内部压力防爆电气设备“p”,进油防爆电气设备“o”,增安型防爆电气设备“e”,充油型防爆电气设备“m”,使用容器的防尘防爆电气设备“t”,以及特殊防爆电气设备“s”。

干扰气体效应
干扰气体有什么影响?因为气体传感器利用物理和化学性质来检测,它们可能会对具有与待检测气体相似性质的气体产生反应(具有敏感性)。
例如,如下图所示,接触燃烧传感器(利用可燃性气体燃烧时产生的热量)对所有可燃性气体都有敏感性,尽管不同气体之间可能会有较小或较大的差异。

在选择气体检测仪之前,请确保您知道被测环境中存在哪些种类的气体。
相对敏感性数据Riken Keiki提供了两种类型的相对灵敏度,作为表示除检测目标气体外其他气体引起的干扰效应程度的信息:
干扰气体效应列表示例:电化学型传感器传感器型号:ES-K233 检测目标气体:NF3

相对敏感度曲线示例:催化燃烧型传感器传感器型号:HW-6211 检测目标气体:NH3

管道材料类型和选择
金属管理研工业主要使用的金属管道要么是铜要么是不锈钢。这些管道用于在户外爆炸性区域安装气体探测器,例如石油化工厂或化工厂。
不锈钢管和铜管的比较
材料气体吸附燃气耐久性处理中成本铜管高吸附性耐用性不如不锈钢管易于处理便宜不锈钢管低吸附卓越的耐腐蚀性昂贵的高
推荐气体铜管:常温下烃类和氢气
不锈钢管:常温下为液态的溶剂气,含氯(Cl)和硫(S)的腐蚀性气体,以及乙炔*
* 乙炔不能与铜管一起使用,因为它会与铜反应生成爆炸性的铜乙炔。
树脂管理研工业主要使用的树脂管是特氟龙(PTFE)管。虽然这些管子的耐温和耐压性通常比金属管低,但它们具有轻便、灵活和易于加工的优点。
它们对有机溶剂如溶剂蒸汽和酒精具有出色的化学耐受性。这些管子用于在半导体和食品加工工厂等室内非爆炸性区域安装气体探测器时。
管道延迟时间气体探测器由于其作为安全保护装置的角色,需要提供快速的响应时间。虽然气体探测器本身的响应时间很重要,但快速检测气体泄漏还需要考虑管道长度和管道延迟时间。
管道延迟时间计算方法
管道内部体积 =内径 / 2 × 内径 / 2 × 3.14 × 管长
管道延迟时间 =管道内部容积 ÷ 吸入流量 示例:对于一个吸流率为0.5升/分钟的泵,一根长1米、直径6毫米、厚度1毫米的管道的管道延迟时间是多少?
管道内部体积 =4 / 2 × 4 / 2 × 3.14 × 1,000 = 12,560 毫米3 = 12.56 毫升
管道延迟时间 =12.56 ÷ 500 ≒ 0.025 分钟 = 1.5 秒
根据管道长度的管道延迟时间(吸率:0.5 L/min)
管道长度管道内部体积管道延迟时间1 米12.56 毫升大约1.5秒3 米37.68 毫升大约4.5秒5 米62.8 毫升大约7.5秒10 米125.6 毫升大约15秒20 米251.2 毫升大约30秒
请注意,上面计算的管道延迟时间值是针对理想条件的。它们没有考虑到气体吸附或管道安装条件等因素。
我们建议尽量保持管道尽可能短。报警触点
警报联系人的角色气体监测仪由气体探测器头和指示/报警装置组成。当检测到可燃气体、有毒气体或氧气时,它们会在仪表或其他显示设备上显示相应的气体浓度。
它们还会在预设报警浓度(两级报警)被超过时发出警报。它们还会根据特定的报警状态输出信号到外部设备。气体监测仪的外部输出信号(报警触点和模拟输出)可以通过蜂鸣器和/或旋转灯来警报相应区域的人员。

报警联系操作以下表格显示了各个设置的操作: 下图比较了接触操作的安全性和风险因素: 当考虑安全因素时,常闭(NC)的a触点是合适的;当考虑风险因素时,常开(NO)的a触点是合适的。
输出类型和通信方法
4 - 20 mA 模拟输出这种电流输出被广泛用作仪器设备的传感器输出和控制信号。
气体探测器的浓度输出以4 - 20 mA DC电流在4 mA到20 mA范围内输出。

HART 协议HART(高速公路可寻址传输系统)协议是一种通信系统,用于工厂和化工厂等地方的自动化仪表。
通过在4 - 20 mA电流回路上叠加数字通信来输出信号。
这使得气体探测器的信息可以被上游系统(在控制室)读取和加载。

以太网通信以太网通信是指一种通过局域网电缆连接进行通信的开放网络标准,旨在促进基于Web功能的气体探测器的远程管理和扩展使用。
传输距离:最远100米,连接数量:取决于监控系统规格
PoE(以太网供电)技术也可以通过局域网电缆为以太网设备供电。
无线通信ISA100.11a无线通信标准是由ISA100委员会制定的工业无线标准。(IEC 62734:2014标准认证)
符合ISA100.11a标准的ISA100无线网络设备在全球的工业工厂等生产现场中得到了部署。它们被用来增强对工艺和生产设施的监测能力。
Riken Keiki提供固定式无线气体探测器(SDWL-1系列),专为安装在符合ISA100.11a标准的无线领域而设计。

SDWL-1系列
(从左到右:可燃气体、氧气和有毒气体探测器)
其他通信方法
多路复用传输方法(传输距离:2公里,每线路使用双绞线电缆最多连接240个)
直流电力传输方法(传输距离:最远1.2公里,连接数:每线路使用双绞线电缆最多256个)
设备网络方法(传输距离:500米/125 kbps,连接数:每线路最多63个连接,使用专用DV电缆)
各种标准认证
不同国家的防爆认证Riken Keiki气体探测器在全球各国均被认证为防爆。
日本防爆 (JapanEx)

欧洲防爆 (ATEX)

国际防爆 (IECEx)

其他
中国防爆 (中国防爆认证), 台湾防爆 (TS), 韩国防爆 (KCs标志), 巴西防爆 (INMETRO), 等等。
功能安全标准认证(SIL认证)
加工行业对安全日益增长的重要性已经产生了对符合IEC 61508功能安全标准的设备的需求。
功能安全认证旨在通过将系统安全根据导致系统停机的故障可能性分为多个级别,来促进开发低风险的安全系统。
通过SD-1系列,Riken Keiki成为日本首个在IEC 61508:2010功能安全认证的所有方面均符合SIL2级别的气体检测仪制造商。

SD-1系列
(从左到右:可燃气体、有毒气体和氧气探测器)

其他标准为了满足市场需求,已经获得了诸如海洋认证和JIS T 8201:2010(日本工业标准委员会)“氧气不足指示器”声明的标准化认证。
国土交通、运输和旅游部海洋用途产品型式批准 (JG)
欧洲海洋设备指令 (MED)

JIS 合格声明
(JIS T 8201:2010 缺氧指示器)

此外,美国船级社(ABS)、UL认证、CE标志等。
安装注意事项 固定式气体监测系统即使选择了正确的气体探测器,如果安装过程中出现问题,探测器也无法正常工作。
请务必检查这些安装注意事项,并正确安装产品。
在安装气体探测器时,请务必遵守以下注意事项:否则可能导致探测器无法正常工作或产生误报。
不要安装在震动或冲击的位置。
气体探测器包含精密电子元件。
将产品安装在稳固的位置,不受振动、冲击或掉落风险的影响。

不要安装在暴露于水、
油或化学物质的环境中。
避免将气体检测仪安装在暴露于水、油和化学液体飞溅的地点。

不要安装在超过工作温度范围的地方。
安装在指定工作温度范围内且远离温度突变的稳定位置。

不要安装在暴露在阳光下或温度突然变化的地方。
避免将产品暴露在直接阳光下或辐射热(高温物体的红外辐射)以及可能使产品受到突然温度变化的位置。产品内部可能会形成冷凝水,或者产品可能无法适应突然的温度变化。

远离噪声发生器安装。
(主机和电缆)
远离高频或高压设备的位置安装。

不要安装在接地系统外壳中。 在系统内安装时,请确保系统正确接地。
不要将传感器安装在周围有气体的环境中,这些气体可能会对传感器产生不利影响。 避免将传感器安装在周围有气体的环境中,这些气体可能对传感器产生不利影响。
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传感器类型 |
影响传感器敏感度的气体 |
传感器腐蚀气体 |
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半导体类型 |
・有机硅气体(例如,D4 硅氧烷,D5 硅氧烷)
・硫化气体(例如,SOX,H2S) |
・腐蚀性气体(例如,SOX,NOX)
・酸性气体(例如,HF,HCl) |
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热线半导体类型 |
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催化燃烧型 |
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新型陶瓷类型 |
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