氨气检测仪的工作原理是什么？

氨气检测仪的工作原理是围绕检测空气中氨气浓度来展开的，适用于工业、农业、实验室及公共安全等多个领域。氨气(NH₃)是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，在高浓度下具有毒性，对人体呼吸道、眼睛和皮肤有强烈刺激作用。因此，在涉及氨气使用、生产或储存的场所，配置氨气检测仪是保障人员安全、预防事故的重要手段。

本文将从氨气的性质入手，详细介绍氨气检测仪的工作原理、主要类型、组成结构、技术原理详解，并探讨其在实际应用中的优势与局限性，旨在为用户提供系统、全面的参考信息。

一、氨气的基本性质

氨气是一种含氮的无机化合物，化学式为 NH₃，分子量为 17.03.是工业、农业和医疗等行业中重要的化学物质之一。

氨气的特点如下：

气味强烈刺鼻，极易识别

易溶于水，形成氨水

密度比空气小，容易上升

在一定浓度下具有毒性和腐蚀性

属于有害有毒气体，超过35 ppm 会对人体造成伤害

因此，监测氨气浓度不仅对保障员工生命安全至关重要，而且有助于优化生产过程、及时预警泄漏事故。

二、氨气检测仪的工作原理概述

氨气检测仪通过感应气体分子与特定传感器表面发生物理或化学反应，从而实现氨气浓度的检测和定量。工作原理主要基于以下技术类型：

电化学式原理

红外光谱吸收原理

半导体式原理

光离子化检测(PID)原理

光声光谱法(PAS)

在实际应用中，常见的为电化学式传感器和半导体式传感器，部分高精度场合使用红外或光谱类技术。

三、氨气检测仪的主要类型与原理详解

1. 电化学式氨气检测仪(Electrochemical Type)

工作原理：

电化学式传感器内包含一个由电解液浸泡的三电极系统：工作电极、参比电极和辅助电极。当氨气分子通过气体扩散膜进入传感器内部，与电极表面发生氧化还原反应，生成微弱电流。该电流与氨气浓度呈线性关系，由仪器检测并转换为数值显示。

化学反应示例：

NH₃ + 3OH⁻ → NO₂⁻ + 3H₂O + 3e⁻(碱性电解液中)

优点：

高灵敏度，响应迅速

选择性强，能准确识别NH₃

线性输出，便于数据处理

能耗低，适用于便携设备

缺点：

使用寿命有限(一般1–2年)

对温湿度敏感，需要补偿

在高浓度下可能中毒或损坏

2. 半导体式氨气检测仪(Semiconductor Type)

工作原理：

该类型传感器采用金属氧化物半导体材料(如SnO₂、ZnO、WO₃)制成。氨气接触到传感器表面后，会与吸附的氧分子发生反应，释放电子，导致半导体导电性改变。通过测量电阻的变化，即可反推出氨气浓度。

反应机理：

NH₃ + O⁻ (吸附氧) → NO + H₂O + e⁻

优点：

成本低廉

可检测多种气体(不仅限NH₃)

响应时间短

缺点：

易受其他气体干扰(选择性差)

灵敏度随时间下降

需要加热至高温(功耗较高)

3. 红外光谱吸收法(Infrared Absorption)

工作原理：

红外氨气检测仪利用NH₃分子对特定波长红外光的吸收特性。当红外光穿过含有氨气的气体样本时，氨气分子吸收部分光能，导致接收端信号减弱。仪器通过测量光强变化，计算出氨气浓度。

优点：

精度高，抗干扰能力强

使用寿命长(无电化学耗材)

可用于高温高湿环境

缺点：

体积大，成本高

对维护、标定要求较高

响应时间较慢

4. 光离子化检测法(PID)

原理：

使用紫外光(通常为10.6 eV)将氨气分子电离，生成离子和电子。通过测量电流变化来推算气体浓度。

优点：

灵敏度极高

能检测极低浓度氨气

缺点：

对操作要求高

维护复杂，成本高

四、氨气检测仪的组成结构

一台典型的氨气检测仪主要由以下几个核心部分组成：

部件    功能说明

气体传感器    检测氨气并将其转换为电信号

信号处理模块    放大、滤波、转换原始信号

微处理器(MCU)    运算、分析、控制报警、通讯等功能

显示模块    显示浓度值、电池、电量、报警信息等

电源模块    为设备供电，通常为电池或充电电池

报警系统    提供声光或振动报警提醒用户

壳体/外壳    提供机械保护、防水、防爆、防尘功能

五、检测仪的分类方式

按安装方式分类：

固定式氨气检测仪：安装在工业现场、仓库、管道旁边，用于持续监控，接入控制系统。

便携式氨气检测仪：轻便小巧，便于工作人员随身携带，适合巡检、应急检测。

在线式检测系统：用于远程监控、联网报警、数据记录。

按量程范围分类：

ppm级别检测仪：适用于人员健康监测，常用于工作场所(如浓度0～100 ppm)。

ppb级别检测仪：高灵敏度，适用于实验室或气体泄漏早期预警。

高浓度(%级)检测仪：用于氨储罐、氨合成反应中监控。