氣體偵測裝置分類及原理

氣體漏洩檢知警報設備定義，依照高壓氣體勞工安全規則相關基準，乃是應能檢知 可燃性氣體、氧氣或毒性氣體之漏洩而指示其濃度並發出警報。而其條文規範內之檢知 警報設備可利用接觸燃燒方式、隔膜加羅瓦尼克電池方式、半導體方式或其他方式，依 賴檢知元件之變化為電氣性機構，周圍濃度達到於事前設定之氣體濃度警報設定值時可 即刻發出自動警報者【19】。而一般半導體廠固定型氣體偵測器較常使用為半導體式，

電化學式，紙帶式，紅外線式( IR )，觸媒燃燒式，熱裂解式等。而紙帶式適用於環境中 毒性氣體之偵測，因在早期還未有適當之偵測器可測無塵室內部中之毒性氣體，所以廣 泛應用於半導體工廠。但因其無法作標準氣體校正及耗材太貴及不易保存，慢慢已被電

化學式偵測器取代。以下就各型原理作文獻回顧探討【20】。

1. 半導體式

測量主體為一金屬氧化物(常用的為SnO2)，當無欲量測之氣體時，其電阻是一定值。

但當有欲測試氣體時出現時，則電阻會依濃度而產生相對的變化。經由阻值之變化可得 知測試氣體濃度，如圖而其優點可應用於各種氣體之偵測，並且價格便宜與反應快速。

但缺點為無選擇性與干擾多，造成誤報性狀況嚴重，並且氣體濃度太高會有元件過熱燒 毀的現象。

圖2-23 半導體式氣體偵測器【20】

2. 電化學式

量測原理乃氣體經一滲透薄膜進入偵測器內部，在充滿膠態電解液室中，以特定電 位將該氣體電解，藉由此電解反應中其電流值測定氣體濃度，一般輸出電流為4~20ma，

在經由內部設定換算為受測氣體濃度值。其內部結構如圖2-24所示。其優點在於氣體選 擇性較佳，環境干擾性較低，亦較其它偵測器穩定，並且使用壽命較長。缺點在於部份 較穩定特殊氣體如NF3、C5F8等無法氧化還原反應氣體，沒辦法準確測得濃度。此偵測 器類型於半導體廠使用最為頻繁。

圖2- 24 電化學式氣體偵測器【20】

3. 觸煤燃燒式

此偵測器主要應用於偵測爆炸性氣體濃度，其原理是利用二條白金線圈置於兩個磁 珠內，一個磁珠外面覆蓋一層觸媒，當燃燒性氣體與偵測器接觸後，一個磁珠會因化學

反應而產生熱，而另一個磁珠因無觸煤所以無反應，所以該磁珠因温度升高則阻抗降低 的關係，由此可以偵測出燃燒性氣體的濃度，如圖2-25所示。偵測器所顯示的濃度單位 為爆炸下限( Low Explosive Limit %, LEL% )，當偵測之氣體濃度達到100% LEL時，並 且有足夠氧氣及有點火源，那麼就很容易發生爆炸。其優點在於操作容易並且價格便 宜，反應時間快。而缺點則是Sensor容易受H2S，NH3，F，Cl，Br等化合物與烷化物之 毒化，並且測定濃度為LEL％，無法作精準濃度值（ppm）之量測。因有火災爆炸之虞，

故目前半導體廠皆逐漸降低使用該偵測器。

圖2- 25 觸媒式氣體偵測器【20】

4. 紅外線( IR )偵測器

一種取代觸媒偵測器的產物，利用紅外線之特定波長 ( 如: 3.3um or 3.4um ) ， 照射量測氣體 (含C、H鍵有機化合物)，其因吸收了紅外線能量，造成紅外線能量的減 少，由減少的量換算受測氣體濃度值，如圖2-26。其優點在於使用壽命長達15年，且具 有穩定高不易零點飄移，可因此減少校正及維修工作。其可測定濃度0-100%LEL，精確 度可測至0-2000 ppm小單位濃度。反應速度約比觸媒Sensor快一倍，且Sensor不會受H2S, F2, Cl2, Br2, NH3及矽烷化物毒化。缺點為價錢太高，且無法量測氫氣。故一般半導體廠 皆使用定點量測瓦斯閥箱。

圖2-26 紅外線式氣體偵測器【20】

5. 熱裂解電化學偵測器

其原理是利用加熱裂解難氧化還原的氣體，如NF3, C5F8等穩定度很高之氣體，使其 轉變成為NO、HF及CO2。再利用HF Sensor加以偵測濃度後，經過內部程式換算成NF3或 C5F8之濃度。優點在於許多無法利用氧化還原方式，來使其成離子化偵測濃度的氣體，

可以使用熱裂解之方式來偵測，避免應用昂貴的分析儀。缺點在於精確度較電化學Sensor 低，可能因為熱裂解的效率不足，程式濃度換算產生誤差值。並且較電化學Sensor價格 貴，而且加熱線圈容易腐蝕，而常需維修保養。