甲烷泄漏報警器是非常重要的燃氣安全設備，它是安全使用城市燃氣的最后一道保護。這么重要的儀器，你知道它的技術是怎么發展的，產品由何而來？怎么選購？

它的主要技術包括三類：半導體式、催化燃燒式、紅外光譜式傳感器。前二種為傳統甲烷傳感器，第三種為紅外吸收光譜檢測技術，成本適宜的主要技術包括非色散紅外（NDIR）、激光式（TDLAS），特別是激光式，批量應用于燃氣閥井的甲烷泄漏監測始于2018年前后，屬于最新一代的甲烷泄漏監測技術。

一、發展歷史

可燃氣體報警器最早出現于上世紀30年代，國外從20世紀30年代開始研究及開發氣體傳感器，且發展迅速，一方面是因為人們安全意識增強，對環境安全性和生活舒適性要求提高;另一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規的推動。

60年代，日本九洲大學清山哲郎教授在進行氧化物催化劑研究時發現，氧化物半導體的電導率隨環境中還原性氣體的濃度而變化，反過來利用這一現象，便可通過測定氧化物半導體的電導率檢測環境中的還原性氣體的濃度，這就是人類最初的氣體傳感器，清山教授因此被人們尊稱為“化學傳感器之父”。不久，日本的田口先生又完全獨立地發現這一科學現象，他在氧化物中添加微量的鉑和把等貴金屬、經過高溫燒結制成半導體材料、它就是現在半導體傳感器的關鍵元器件。氣體傳感原理被發現后不久，很快在1963年5月，由日本新宇宙電機株式會社開發出了接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年12月改良產品問世。命名為“電子燃氣報警器”，這時的報警器已經可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監視、從功能上講，已經較適合家庭使用了。隨著研究的不斷深入，1969年2月，日本的科研人員又開發出了世界上臺半導體式家用燃氣泄漏報警器。

我國70年代初期開始研制可燃性氣體報警器，生產型號多樣、品種較齊全，應用范圍由單一的煉油系統擴展到各類危險作業環境，產品數量也在不斷增加，逐漸擴展到整個工商業可燃氣體監測應用。但是傳統的氣體傳感器存在一定限制，特別是工作壽命問題，需要人工維護，增加了長期應用成本，亟需一款測量準確、可靠性高、維護性好的新一代氣體傳感器。

進入二十一世紀，由于光通訊發展的需要，半導體激光器和光纖元件發展迅速，性能大大提高，從通信領域逐漸擴展至傳感領域，為傳感領域設計了波長覆蓋近紅外波段、窄線寬、壽命長的DFB或VESCL半導體激光器，并在近幾年實現初步產業化，成本大幅度下降，使得TDLAS技術逐步應用于科學和工程上的氣體探測。

國內TDLAS激光氣體分析產品市場愈發成熟，部分廠家從芯片開始做起，實現全國產化，激光器可靠性高，實現精準波長控制。圍繞核心器件，部分廠家研制激光甲烷傳感器模塊，配合用戶進行二次開發，形成點式甲烷檢測儀、地下閥井可燃氣體監測系統等甲烷檢測產品，并且有多個版本型號，可適用于自然擴散式、泵吸式等客戶不同的集成產品型式，也可滿足客戶不同的環境溫度適用性要求，真正做到核心知識產權自主可控，也可面向諸多領域定制化生產，滿足不同行業氣體監測需要。

二、不同技術的優缺點

對于應用量最大的催化燃燒式傳感器，不光其優缺點問題，應用中還存在中毒、失效問題，不僅是測量漂移，而是無法測量，縮短傳感器應用壽命。

該傳感器敏感元件表面涂覆有多層催化劑，當敏感元件催化劑失效時，會導致可燃氣體報警器失效，失效的因素主要包括燒結、焦化和中毒。

燒結是指敏感元件長期暴露在高溫下引起活性面積降低，從而導致催化能力下降；焦化是指有機烴反應時，其烴鍵部分會因燃燒而產生焦炭，焦炭附著在催化劑表面，與外部空氣隔離導致催化劑失活。這種積碳反應是催化劑失活的主要因素。最后中毒指的是比如硫酸鹽、H2S、鹵代烴物質與催化劑反應，造成催化劑活性失效。

催化燃燒式傳感器的元件由兩根阻值相同的超微鉑絲構成，并在電路板形成電阻橋。氣體濃度不同造成電阻變化，產生電壓差。該方法在應用場合濕度過大時，造成電阻變化，影響測量數據準確性。

由于上述問題，造成該傳感器應用時需要人工定期維護，確定該傳感器工作準確有效，浪費了大量人力物力。

由于半導體、催化燃燒式敏感元件需要接觸待測氣氛，受到影響進而影響了使用效果，劃歸為接觸式傳感器；紅外吸收光譜法通過光源（普通光源或者激光光源）照射待測氣氛，當氣體中存在甲烷氣體時，甲烷氣體吸收光源特定波長能量，通過能量減小反演氣體濃度，因此是紅外光與氣體接觸，不受環境影響，所以劃分成非接觸式傳感器，其可靠性較接觸式大為提高。

紅外吸收光譜法因光源及后端解調方法不同，又分成了NDIR和TDLAS技術原理，與NDIR技術相比，TDLAS激光氣體分析產品的特點是采用了半導體激光器作為光源，替代了傳統的寬譜光源。激光器的線寬窄，光譜寬度小于氣體吸收譜線的寬度，所以解決了NDIR交叉干擾影響，特別是解決了甲烷測量時的水汽干擾，因此測量準確性高、環境適應性強。

因此，TDLAS技術克服了傳統甲烷傳感器的各種缺點，擴大了傳感器應用領域，采用非接觸式測量方法，不存在敏感元件的漂移和失效，因此理論上具備免校準特點，可以節省大量維護人工，長期應用時維護費用低，因此具有極大的技術優勢和產品應用優勢。

我們匯總了各類傳感器技術優缺點：

各類傳感器技術優缺點

三、甲烷泄漏報警器主要應用

傳感器應用分為民用或者家用可燃氣體報警檢測和工商業可燃氣體報警檢測。民用可燃氣體報警器一般安裝在廚房，燃氣泄漏的情況下，報警器可發出聲光報警，并同時聯動燃氣計量表外部設備，如燃氣計量表電磁閥，自動切斷燃氣閥門，防止氣體泄漏繼續發生。一些報警可自動聯動開啟排氣風扇，將可燃氣體排出室外，降低爆炸風險。受限于家用傳感器成本限制，多用半導體式、催化燃燒式傳感器。

工商業可燃性氣體報警器應用場景與民用非常相似，氣體報警器安裝在工業、商業用戶燃氣管道的連接閥門、調壓箱、燃氣閥井等燃氣傳輸全過程場景。不僅在燃氣領域，該傳感器還廣泛應用在石油石化、化工廠、冶煉廠、鋼鐵廠、煤炭廠、熱電廠、鍋爐房、加氣站、輸油管道、航空航天、工業氣體過程控制、環境檢測、污水處理廠、地下燃氣管道檢修、危險場所安全防護、軍用設備檢測各種場所。

工商業領域對甲烷濃度測量準確性、可靠性要求更高，應用環境更加復雜，傳統采用催化燃燒式傳感器，但是部分應用場景出現了誤報多、壽命短等問題，應用效果較差，例如閥井、管廊。近年來TDLAS技術成本不斷下降，在上述領域已經替代催化燃燒傳感器，并不斷拓展應用領域。

綜上，本文闡述了不同技術的甲烷泄漏報警器優缺點，希望對大家選擇合適的甲烷泄漏報警器有幫助。

審核編輯 黃昊宇