傳感器原理
氣體探測器根據目標氣體類型和濃度采用各種傳感器，本文將討論日本理化學研究所氣體探測器主要采用的傳感器原理。
新的陶瓷催化方法
該傳感器依賴于檢測超細顆粒氧化催化劑（新型陶瓷）上燃燒的可燃性氣體產生的熱量。傳感器測量范圍廣泛，從數千 ppm 到爆炸下限（LEL）。
（主要檢測目標氣體：可燃性氣體）
干涉儀法
這種光學傳感器提供了高精度和出色的長期一致性。該傳感器在Riken Keiki的歷史中也具有悠久的使用歷史。
(主要檢測目標氣體: 可燃氣體)
催化燃燒法
該傳感器依賴于檢測氧化催化劑上可燃性氣體燃燒時產生的熱量。理想用于檢測爆炸下限 (LEL)
(主要檢測目標氣體：可燃性氣體)
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半導體方法
這種通用傳感器旨在檢測各種氣體，從有毒氣體到可燃性氣體。該傳感器具有高靈敏度，在低濃度范圍內輸出高。
（主要檢測目標氣體：可燃性氣體、有毒氣體）
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熱絲型半導體方法
這種高靈敏度的可燃氣體傳感器非常適合檢測低濃度氣體。低功耗和緊湊的尺寸也使其成為便攜式氣體檢測器的理想選擇。
(主要檢測目標氣體：可燃氣體、有毒氣體)
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熱傳導法
該傳感器基于這些氣體熱導率的差異來檢測目標氣體的濃度。非常適合檢測高濃度氣體（體積百分比）
（主要檢測目標氣體：可燃氣體）
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電位電解法
該傳感器能夠選擇性地檢測目標氣體。非常適合檢測有毒氣體
（主要檢測目標氣體：有毒氣體）
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膜型原電池法
這個傳感器應用了原電池原理來檢測氧氣。它不需要外部電源，并且在長期使用中表現出色的一致性。
(主要檢測目標氣體：氧氣)
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非色散紅外法
這個傳感器依賴于被檢測氣體對紅外光的獨特吸收特性。光學傳感器在長期使用中提供了出色的性能一致性。
（主要檢測目標氣體：可燃氣體、有毒氣體）
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膜分離電極法
基于電化學原理，該有毒氣體傳感器采用氣體滲透膜（隔膜）與工作電極完全分離的配置，以實現優異的選擇性。
（主要檢測目標氣體：有毒氣體）
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化學膠帶法
該傳感器基于檢測目標氣體與涂有顏色開發者的小貼紙反應后的顏色，檢測極低濃度的氣體。
（主要檢測目標氣體：有毒氣體）
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光離子化檢測器
該傳感器通過檢測目標氣體在紫外線照射下產生的電離電流來檢測氣體濃度。
（主要檢測目標氣體：有毒氣體）
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熱裂解-顆粒檢測方法
該傳感器通過測量加熱檢測目標氣體時產生的氧化物顆粒濃度來檢測氣體。它在長期性能、干擾特性和響應特性方面表現出色。
（主要檢測目標氣體：有毒氣體）
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火焰探測器
該設備通過檢測氣體在物質燃燒時發出的強烈紫外線和紅外線來檢測火焰的存在。
(檢測目標：火焰檢測)
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差分光學吸收光譜法
測量氣體濃度的方法依賴于特定波長的光被不同氣體吸收的原理。 開放路徑氣體探測器依賴于這種方法。
（主要檢測目標氣體：可燃氣體）
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配備X射線熒光光譜儀的X射線衍射儀
該系統在能量色散X射線熒光分析儀探測器中采用了一個角度驅動機制，能夠對X射線衍射和熒光進行單裝置分析。
(檢測目標：X射線衍射和熒光測量)
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開啟低能電子計數的輪廓
這是世界上唯一能夠計數在空氣中發射的低能電子的表面分析傳感器。這個RIKEN的專有產品是由RIken Keiki開發并推向市場的。
(檢測目標：物質表面分析)
選擇 便攜式氣體探測器Riken Keiki提供多種產品以適應特定的工作環境氣體特性及工作細節。
正確選擇和使用我們的氣體探測器將確保用戶的安全和安心。
便攜式氣體探測器
這些產品在人員進入儲罐、人孔或其他存在缺氧風險的地點前進行檢查時是理想的。在處理有害氣體時也可以佩戴。
擴散類型擴散型氣體探測器檢測與傳感器接觸的氣體泄漏。工人佩戴在身上，當周圍檢測到氣體時，會向用戶發出警報，使用戶能夠移動到安全位置。
吸吮型抽氣式氣體探測器內置泵。因此，在工作時，如果在罐內或任何有缺氧風險的地方，氣體探測器連接的軟管可以放在罐內檢測氣體，并在工作前確認安全。
單氣體探測器這些設備包含一種氣體傳感器，集成在一個檢測器中。這使它們緊湊且輕便，可以佩戴在頭盔或手表樣式上。
多氣體檢測儀這些包含多個傳感器在一個檢測器內。它們可以同時檢測多種氣體，例如有毒氣體和氧氣。它們還可以同時顯示相應氣體的濃度。
防爆產品（防爆區域）像石油化工廠這樣的會產生可燃氣體的場所需要防爆氣體探測器，以防止探測器本身成為點火源。
制氫設施等。
非防爆產品（非防爆區域）由于不需要防爆設計，非防爆氣體探測器被部署在半導體工廠和其他不會產生可燃氣體的地點。
半導體工廠等。
氣體探測器必須根據特定應用進行選擇。請考慮其他因素，包括檢測目標氣體、檢測目的（例如，預防爆炸、檢測有毒氣體泄漏、濃度監測、泄漏檢查）以及符合特定標準的認證。
便攜式氣體探測器的類型
選擇 固定式氣體探測器根據不同的行業，工廠和設施可能會帶來許多不同的潛在氣體危險。增加安全性取決于正確選擇和配置系統以防止危險。
Riken Keiki 提供一系列適合特定工廠和工作內容的產品。
固定式氣體監測系統的類型
固定式氣體監測系統是什么？這些設備檢測氣體，顯示濃度，并發出警報。它們通常以氣體檢測儀與指示/報警裝置相結合的形式使用。
什么是固定氣體
探測器？這些氣體探測器被設計用于在特定位置安裝并連續使用和監測。
它們使用內部傳感器檢測氣體。
它們通常與指示/報警裝置和外部蜂鳴器等設備一起使用。
根據安裝位置的不同，固定氣體探測器可以是壁掛式、面板式、桿式或管道插入式。
什么是便攜式氣體探測器？這些氣體探測器被設計用于固定在特定位置，并由交流電源供電。它們可以輕松地從一個地方移動到另一個地方。
氣體通過內部傳感器進行檢測。這些氣體探測器也可以與指示/報警裝置和外部蜂鳴器等設備一起使用。
什么是指示/報警裝置？這些設備被設計用來接收氣體探測器的信號，并顯示氣體濃度以及輸出報警和接觸信號。
它們可以使用蜂鳴器和燈來觸發報警，并輸出接觸或4 - 20 mA直流輸出。
系統配置
對于大型工廠
監控室等。
系統來自諸如具有大量檢測點和檢測目標氣體的工廠等位置的氣體檢測器的信號可以通過PC或PLC集中管理。
工廠區域地圖可以立即識別氣體泄漏發生的位置。
還提供其他功能，例如趨勢圖。
趨勢圖函數
監控室、工作場所等。
指示/報警裝置指示和報警裝置接收氣體探測器的信號，并顯示檢測點的氣體濃度。它還輸出報警操作，使用蜂鳴器或燈，報警觸點輸出，氣體濃度模擬信號等。
工作場所、管道等。
氣體探測器探頭這些設備實際上使用內部傳感器檢測氣體。
這些設備用于將氣體濃度信號傳輸到指示/報警單元。
對于中小企業工廠
① 僅氣體探測器頭
智能變送器/氣體探測器包括濃度顯示、觸點和4 - 20 mA輸出，僅使用氣體探測器頭即可控制旋轉燈和外部蜂鳴器。
②氣體探測器頭和指示/報警裝置的安裝示例 （單觸點型）
使用氣體探測器頭配合指示/報警裝置，可以在遠離現場的安全位置和氣體探測器頭安裝的位置讀取濃度。
③氣體探測器頭和指示/報警裝置的安裝示例 （多觸點類型）
使用多個氣體探測器探頭與多觸點指示/報警單元結合，可以從前置一個位置監測現場安裝的多個氣體探測器的濃度。抽樣方法
固定氣體監測儀依賴于以下三種不同的采樣方法：
擴散類型擴散型氣體探測器安裝在容易發生氣體泄漏和/或氣體積聚的地方。它們檢測通過擴散到達探測器的氣體。
吸吮型抽氣式氣體探測器使用內置或外置泵以預設的流量將氣體輸送到傳感器。這些探測器適用于已經確定氣體泄漏位置或氣體探測器無法直接安裝在檢測點的情況。
吸引器 吸收類型抽氣式氣體探測器使用抽氣裝置的儀表空氣以預定的流量供應氣體。與泵相比，這些設備沒有需要供電的驅動裝置，具有顯著的運行成本優勢。
防爆建筑
在存在或假定存在易燃氣體、蒸汽或粉末的（危險）場所——例如，煉油廠和化工廠——為防止爆炸而實施的技術措施（防爆結構）統稱為防爆措施，采用這些措施的設備稱為防爆設備。
防爆結構類型
本質安全防爆結構 “i”設計旨在消除電氣線路在正常狀態或指定故障狀態下點燃氣體或蒸汽時產生電弧或火花的風險。
所用電量受到限制，以防止產生火花或火災。該構造被分類為“ia”級，允許最多兩個可能的故障（“ia”表示更高的等級）。
防爆外殼 “d”這指的是設計用于在爆炸性氣氛進入設備時能夠承受內部爆炸而不受損壞，并防止外部氣體或蒸汽的點燃。
雜項其他類型的防爆電氣設備包括非防爆電氣設備“n”，內部壓力防爆電氣設備“p”，進油防爆電氣設備“o”，增安型防爆電氣設備“e”，充油型防爆電氣設備“m”，使用容器的防塵防爆電氣設備“t”，以及特殊防爆電氣設備“s”。
干擾氣體效應
干擾氣體有什么影響？因為氣體傳感器利用物理和化學性質來檢測，它們可能會對具有與待檢測氣體相似性質的氣體產生反應（具有敏感性）。
例如，如下圖所示，接觸燃燒傳感器（利用可燃性氣體燃燒時產生的熱量）對所有可燃性氣體都有敏感性，盡管不同氣體之間可能會有較小或較大的差異。
在選擇氣體檢測儀之前，請確保您知道被測環境中存在哪些種類的氣體。
相對敏感性數據Riken Keiki提供了兩種類型的相對靈敏度，作為表示除檢測目標氣體外其他氣體引起的干擾效應程度的信息：
干擾氣體效應列表示例：電化學型傳感器傳感器型號：ES-K233 檢測目標氣體：NF3
相對敏感度曲線示例：催化燃燒型傳感器傳感器型號：HW-6211 檢測目標氣體：NH3
管道材料類型和選擇
金屬管理研工業主要使用的金屬管道要么是銅要么是不銹鋼。這些管道用于在戶外爆炸性區域安裝氣體探測器，例如石油化工廠或化工廠。
不銹鋼管和銅管的比較
材料氣體吸附燃氣耐久性處理中成本銅管高吸附性耐用性不如不銹鋼管易于處理便宜不銹鋼管低吸附卓越的耐腐蝕性昂貴的高
推薦氣體銅管：常溫下烴類和氫氣
不銹鋼管：常溫下為液態的溶劑氣，含氯（Cl）和硫（S）的腐蝕性氣體，以及乙炔*
* 乙炔不能與銅管一起使用，因為它會與銅反應生成爆炸性的銅乙炔。
樹脂管理研工業主要使用的樹脂管是特氟龍（PTFE）管。雖然這些管子的耐溫和耐壓性通常比金屬管低，但它們具有輕便、靈活和易于加工的優點。
它們對有機溶劑如溶劑蒸汽和酒精具有出色的化學耐受性。這些管子用于在半導體和食品加工工廠等室內非爆炸性區域安裝氣體探測器時。
管道延遲時間氣體探測器由于其作為安全保護裝置的角色，需要提供快速的響應時間。雖然氣體探測器本身的響應時間很重要，但快速檢測氣體泄漏還需要考慮管道長度和管道延遲時間。
管道延遲時間計算方法
管道內部體積 =內徑 / 2 × 內徑 / 2 × 3.14 × 管長
管道延遲時間 =管道內部容積 ÷ 吸入流量 示例：對于一個吸流率為0.5升/分鐘的泵，一根長1米、直徑6毫米、厚度1毫米的管道的管道延遲時間是多少？
管道內部體積 =4 / 2 × 4 / 2 × 3.14 × 1,000 = 12,560 毫米3 = 12.56 毫升
管道延遲時間 =12.56 ÷ 500 ≒ 0.025 分鐘 = 1.5 秒
根據管道長度的管道延遲時間（吸率：0.5 L/min）
管道長度管道內部體積管道延遲時間1 米12.56 毫升大約1.5秒3 米37.68 毫升大約4.5秒5 米62.8 毫升大約7.5秒10 米125.6 毫升大約15秒20 米251.2 毫升大約30秒
請注意，上面計算的管道延遲時間值是針對理想條件的。它們沒有考慮到氣體吸附或管道安裝條件等因素。
我們建議盡量保持管道盡可能短。報警觸點
警報聯系人的角色氣體監測儀由氣體探測器頭和指示/報警裝置組成。當檢測到可燃氣體、有毒氣體或氧氣時，它們會在儀表或其他顯示設備上顯示相應的氣體濃度。
它們還會在預設報警濃度（兩級報警）被超過時發出警報。它們還會根據特定的報警狀態輸出信號到外部設備。氣體監測儀的外部輸出信號（報警觸點和模擬輸出）可以通過蜂鳴器和/或旋轉燈來警報相應區域的人員。
報警聯系操作以下表格顯示了各個設置的操作： 下圖比較了接觸操作的安全性和風險因素： 當考慮安全因素時，常閉（NC）的a觸點是合適的；當考慮風險因素時，常開（NO）的a觸點是合適的。
輸出類型和通信方法
4 - 20 mA 模擬輸出這種電流輸出被廣泛用作儀器設備的傳感器輸出和控制信號。
氣體探測器的濃度輸出以4 - 20 mA DC電流在4 mA到20 mA范圍內輸出。
HART 協議HART（高速公路可尋址傳輸系統）協議是一種通信系統，用于工廠和化工廠等地方的自動化儀表。
通過在4 - 20 mA電流回路上疊加數字通信來輸出信號。
這使得氣體探測器的信息可以被上游系統（在控制室）讀取和加載。
以太網通信以太網通信是指一種通過局域網電纜連接進行通信的開放網絡標準，旨在促進基于Web功能的氣體探測器的遠程管理和擴展使用。
傳輸距離：最遠100米，連接數量：取決于監控系統規格
PoE（以太網供電）技術也可以通過局域網電纜為以太網設備供電。
無線通信ISA100.11a無線通信標準是由ISA100委員會制定的工業無線標準。（IEC 62734:2014標準認證）
符合ISA100.11a標準的ISA100無線網絡設備在全球的工業工廠等生產現場中得到了部署。它們被用來增強對工藝和生產設施的監測能力。
Riken Keiki提供固定式無線氣體探測器（SDWL-1系列），專為安裝在符合ISA100.11a標準的無線領域而設計。
SDWL-1系列
（從左到右：可燃氣體、氧氣和有毒氣體探測器）
其他通信方法
多路復用傳輸方法（傳輸距離：2公里，每線路使用雙絞線電纜最多連接240個）
直流電力傳輸方法（傳輸距離：最遠1.2公里，連接數：每線路使用雙絞線電纜最多256個）
設備網絡方法（傳輸距離：500米/125 kbps，連接數：每線路最多63個連接，使用專用DV電纜）
各種標準認證
不同國家的防爆認證Riken Keiki氣體探測器在全球各國均被認證為防爆。
日本防爆 (JapanEx)
歐洲防爆 (ATEX)
國際防爆 (IECEx)
其他
中國防爆 (中國防爆認證), 臺灣防爆 (TS), 韓國防爆 (KCs標志), 巴西防爆 (INMETRO), 等等。
功能安全標準認證（SIL認證）
加工行業對安全日益增長的重要性已經產生了對符合IEC 61508功能安全標準的設備的需求。
功能安全認證旨在通過將系統安全根據導致系統停機的故障可能性分為多個級別，來促進開發低風險的安全系統。
通過SD-1系列，Riken Keiki成為日本首個在IEC 61508:2010功能安全認證的所有方面均符合SIL2級別的氣體檢測儀制造商。
SD-1系列
（從左到右：可燃氣體、有毒氣體和氧氣探測器）
其他標準為了滿足市場需求，已經獲得了諸如海洋認證和JIS T 8201:2010（日本工業標準委員會）“氧氣不足指示器”聲明的標準化認證。
國土交通、運輸和旅游部海洋用途產品型式批準 (JG)
歐洲海洋設備指令 (MED)
JIS 合格聲明
(JIS T 8201:2010 缺氧指示器)
此外，美國船級社（ABS）、UL認證、CE標志等。
安裝注意事項 固定式氣體監測系統即使選擇了正確的氣體探測器，如果安裝過程中出現問題，探測器也無法正常工作。
請務必檢查這些安裝注意事項，并正確安裝產品。
在安裝氣體探測器時，請務必遵守以下注意事項：否則可能導致探測器無法正常工作或產生誤報。
不要安裝在震動或沖擊的位置。
氣體探測器包含精密電子元件。
將產品安裝在穩固的位置，不受振動、沖擊或掉落風險的影響。
不要安裝在暴露于水、
油或化學物質的環境中。
避免將氣體檢測儀安裝在暴露于水、油和化學液體飛濺的地點。
不要安裝在超過工作溫度范圍的地方。
安裝在指定工作溫度范圍內且遠離溫度突變的穩定位置。
不要安裝在暴露在陽光下或溫度突然變化的地方。
避免將產品暴露在直接陽光下或輻射熱（高溫物體的紅外輻射）以及可能使產品受到突然溫度變化的位置。產品內部可能會形成冷凝水，或者產品可能無法適應突然的溫度變化。
遠離噪聲發生器安裝。
(主機和電纜)
遠離高頻或高壓設備的位置安裝。
不要安裝在接地系統外殼中。 在系統內安裝時，請確保系統正確接地。
不要將傳感器安裝在周圍有氣體的環境中，這些氣體可能會對傳感器產生不利影響。 避免將傳感器安裝在周圍有氣體的環境中，這些氣體可能對傳感器產生不利影響。
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傳感器類型 |
影響傳感器敏感度的氣體 |
傳感器腐蝕氣體 |
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半導體類型 |
?有機硅氣體（例如，D4 硅氧烷，D5 硅氧烷）
?硫化氣體（例如，SOX，H2S） |
?腐蝕性氣體（例如，SOX，NOX）
?酸性氣體（例如，HF，HCl） |
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熱線半導體類型 |
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催化燃燒型 |
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新型陶瓷類型 |
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紅外類型 |
不適用 |
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電化學類型 |
不適用 |
不適用 |
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