2. 气体侦测器概述：侦测器类型、工作原理与EDI应用场景
在EDI模块联调过程中，气体侦测器是保障系统安全与水质稳定的关键仪表。本章重点介绍三种核心气体侦测器——H₂、O₂、CO₂——的检测原理及其在EDI系统中的应用逻辑。
2.1 气体侦测器类型与检测原理
| 侦测器类型 | 检测气体 | 常用传感器原理 | 量程范围（典型） | 响应时间（T90） |
|---|---|---|---|---|
| 氢气侦测器（H₂） | H₂ | 电化学式 / 催化燃烧式 | 0～1000 ppm | ≤ 30 s |
| 氧气侦测器（O₂） | O₂ | 电化学式（伽伐尼电池） | 0～25 %Vol | ≤ 15 s |
| 二氧化碳侦测器（CO₂） | CO₂ | 非色散红外（NDIR） | 0～5000 ppm | ≤ 60 s |
选型提示： EDI模块产水侧通常选用电化学式H₂侦测器（抗干扰性强），浓水侧选用NDIR式CO₂侦测器（不受水汽影响）。O₂侦测器优先选择带温度补偿的伽伐尼电池型。
2.2 三种侦测器的工作原理
2.2.1 氢气侦测器（H₂）——电化学式
电化学H₂传感器采用三电极结构：工作电极（WE）、对电极（CE）、参比电极（RE）。H₂分子透过疏水膜到达工作电极表面，在催化层作用下发生氧化反应：
阳极（WE）：H₂ → 2H⁺ + 2e⁻
阴极（CE）：½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O产生的电流与H₂浓度呈线性关系，经信号调理电路转换为4～20 mA或RS-485输出。
2.2.2 氧气侦测器（O₂）——伽伐尼电池式
O₂传感器内部包含铅阳极和金阴极，浸没在KOH电解液中。O₂透过PTFE膜在阴极被还原：
阴极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
阳极：2Pb + 4OH⁻ → 2PbO + 2H₂O + 4e⁻输出电流与O₂分压成正比。该传感器无需外部供电，属于自发电型，适合长期在线监测。
2.2.3 二氧化碳侦测器（CO₂）——NDIR式
NDIR传感器利用CO₂分子在4.26 μm波段的红外吸收特性。光源发出的红外光经过气室，被CO₂吸收后到达双通道探测器（测量通道+参考通道）。通过比尔-朗伯定律计算浓度：
A = ε · c · L
其中：
A = 吸光度
ε = 摩尔吸光系数（cm²/mol）
c = CO₂浓度（mol/L）
L = 光程长度（cm）
关键差异： H₂和O₂侦测器属于电化学类，输出为电流信号；CO₂侦测器属于光学类，输出为数字信号（Modbus RTU）。联调时需注意PLC模拟量模块与通讯模块的配置差异。
2.3 气体侦测器在EDI系统中的应用场景
EDI模块在运行过程中，进水CO₂浓度直接影响产水电阻率；H₂和O₂则与电极反应及安全联锁密切相关。下表总结了三种侦测器的典型安装位置与联调用途：
| 侦测器类型 | 安装位置 | 联调用途 | 报警阈值（建议） |
|---|---|---|---|
| H₂侦测器 | EDI模块产水管道 / 模块排气口 | 监测产水H₂浓度，判断膜堆是否发生水解副反应；超限时触发停机联锁 | ≥ 10 ppm（报警） ≥ 20 ppm（停机） |
| O₂侦测器 | EDI模块浓水循环管路 / 电极室排气口 | 监测电极室O₂产率，评估电极效率；防止O₂积聚导致浓水室气阻 | ≤ 18 %Vol（低氧报警） ≥ 23 %Vol（高氧报警） |
| CO₂侦测器 | EDI进水管道（RO产水侧） | 实时监测进水CO₂浓度，作为电流调节的前馈参数；CO₂升高时自动提升模块电流 | ≥ 20 ppm（调节触发） ≥ 50 ppm（高限报警） |
2.4 气体侦测器在EDI系统中的联调逻辑关系
下图展示了三种气体侦测器与EDI模块、PLC控制系统之间的信号流向与联调关系：
2.5 联调注意事项
- 安装位置： H₂侦测器应安装在产水管道最高点（H₂密度低，易聚集）；O₂侦测器安装在浓水循环管路水平段，避免气泡干扰。
- 标定周期： 电化学传感器（H₂、O₂）建议每3个月标定一次；NDIR传感器（CO₂）每6个月标定一次。
- 温湿度补偿： EDI模块运行时环境温度可达40～50℃，所有侦测器必须带自动温度补偿功能。
- 信号隔离： 气体侦测器与PLC之间建议加装信号隔离器，防止EDI模块高频开关电源产生的电磁干扰。
安全警示： H₂浓度超过4%Vol（40000 ppm）时存在爆炸风险。虽然EDI产水侧H₂浓度通常低于50 ppm，但联调时必须将H₂侦测器报警阈值设定在安全余量范围内（建议≤20 ppm），并测试停机联锁回路的响应时间（应≤2秒）。