氣體檢測(cè)儀的(de)應用和原理

發布日期:2017-05-26 00:00:00 作者: 點擊:

傳感器從原理上可以分為三大類:

  A) 利用物理化學性質的氣體傳感器:如(rú)半導體式(表麵(miàn)控製型、體積控製型、表麵電位型)、催化燃(rán)燒式、固體熱導式等。

  B) 利用物(wù)理性質的氣體傳感器:如熱傳導式、光幹涉式、紅外吸收式等。

  C) 利用電化學性質的氣體傳感器:如定電(diàn)位電解式、迦伐尼電池式(shì)、隔(gé)膜離子電極(jí)式(shì)、固定電解(jiě)質式等。

  根據危害,我們將(jiāng)有毒(dú)有(yǒu)害氣體分為(wéi)可燃氣體和有毒氣體兩(liǎng)大類。

  由於它們性質和危害不同,其檢(jiǎn)測手段也有所不同。

  可(kě)燃氣體是石油化工等工業場合遇(yù)到最多的危險氣體,它主要是烷烴等有(yǒu)機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳等(děng)。可燃氣體發生爆炸(zhà)必須具備一定的條件,那就是:一定濃度的可燃氣體,一定量的(de)氧氣以(yǐ)及足夠熱(rè)量點燃(rán)它們的火源(yuán),這就是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形(xíng)),缺一不可(kě),也就是說,缺少其中任何一個(gè)條件都不會引(yǐn)起火(huǒ)災和爆炸。當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到(dào)一定濃度時,遇具有一定溫度的火源(yuán)就會發生爆炸。我們(men)把可燃氣體遇火源發生爆炸的濃度稱(chēng)為爆炸濃度極限,簡稱爆炸極限,一般用%表示。實際上,這種混合物也不是在任何混合比例上(shàng)都會發生爆炸而要有一個(gè)濃度範圍。

  當可燃氣體濃度低於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體(tǐ)濃度(dù)不足)和其濃度高於UEL(最高爆炸限(xiàn)度)時(氧氣不(bú)足)都不會發(fā)生爆炸。不同的可燃氣體(tǐ)的LEL和UEL都各不相同(tóng)(參見第八期(qī)的介紹),這一點在標定儀(yí)器時要十分注意。為安全起見,一般我們應當在可燃氣體(tǐ)濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這裏,10%LEL稱。作(zuò)警告警(jǐng)報,而20%LEL稱作危險警報(bào)。這(zhè)也就是我們將可燃氣(qì)體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因。

  需要說明的(de)是(shì),LEL檢測儀上顯示的100%不是可(kě)燃氣體的濃度達(dá)到氣體體積的100%,而是達到(dào)了LEL的(de)100%,即相當於可燃(rán)氣體的最低爆炸(zhà)下(xià)限,如果(guǒ)是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在(zài)工(gōng)作中,以LEL方式測量這些氣(qì)體的檢測儀是我們常見的(de)催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作(zuò)惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗有催化(huà)燃(rán)燒物質,不論何種(zhǒng)易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的電阻就會由於(yú)溫度變化發生改變,這種電阻變化同可(kě)燃氣體的濃度(dù)成一定比(bǐ)例,通過儀器的電路係統(tǒng)和微處理機可以計算(suàn)出可燃氣體的濃度。直接測(cè)量可燃氣體(tǐ)的體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也(yě)已經有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃檢測器(qì)特別適合於在缺氧(氧氣不足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。

  有毒氣體既可以存在於生產原料中,如大多數的有機化學物質(VOC),也可能存在於生產過程的各個環節的副產(chǎn)品中,如氨、一氧(yǎng)化碳、硫化氫等等。它們是對工作人(rén)員造成危害最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的傷害,如身體不適、發病、死亡等等,而且包(bāo)括對於人體長期的危害,如致殘、癌(ái)變等等。對於這些有(yǒu)毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起充分重(chóng)視的(de)問題。

  隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值(zhí)會(huì)有一定的不(bú)同目前,對於特定的有毒氣體的檢(jiǎn)測,我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包括前兩章所介紹的光離子化檢(jiǎn)測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍(biàn)、技術相對成熟、綜合指標最(zuì)好的方法是定電位(wèi)電解式方法,也就是我(wǒ)們常說的電化(huà)學傳感器。

  電化學傳感器的構成是:將兩個反應電極--工作電極和對電極以及一個參比電極放置在特定電解液中(如(rú)上圖如示),然後在反應電極之間加上足夠的電壓,使透過塗有重金(jīn)屬催化劑(jì)薄膜的待(dài)測氣體進行氧化還原(yuán)反應,再通過儀器中的電路(lù)係統測量氣體(tǐ)電解時產生的電流,然後由其中的(de)微處理器(qì)計算(suàn)出(chū)氣體的濃度。

  目前,可(kě)以檢測到(dào)特定氣體的電化學(xué)傳感器包(bāo)括:一氧化碳、硫化氫、二氧(yǎng)化硫、一氧化氮、二氧化(huà)氮(dàn)、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧(yǎng)乙烷、氯化氫等等。檢測VOC檢測器可以使用前(qián)章介紹(shào)的光離子化檢測器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密閉環境中需要十分注意(yì)因素。一般我們(men)將氧氣含(hán)量超過23.5%稱為氧氣過(guò)量(富氧),此時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧氣(qì)不足(缺氧),此時很容易發生工人(rén)窒息、昏迷以至(zhì)死亡的危險。正常的氧氣含量應當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測儀也是(shì)電化學傳感器(qì)的一種。

  目前在選擇有毒有害氣體檢測(cè)儀時(shí)的問題:在我國,由於曆史和認識上的原因,我們在選用各類檢(jiǎn)測儀時存在的問題(tí)還比較多,具體體現在(zài):

  1)對可燃(rán)氣體的檢(jiǎn)測重於對有毒氣體(tǐ)的檢測。

  2)對可能引起急性中毒(dú)氣(qì)體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。

  由於眾多可燃氣體泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓,使人們對於可燃氣體(tǐ)檢測(cè)十分重視,可以講,任何一個石化、化工廠,絕大多數的危險氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀(yí)對於真正保護(hù)工人的安全和健康還是遠遠不夠(gòu)的。不可否認的是,大多數的揮發性危險氣體都(dōu)是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃氣(qì)體檢測儀(LEL)並不是對所(suǒ)有的可燃(rán)氣(qì)體檢測都是最佳選擇。它是專門為檢測(cè)甲烷設計(jì)的,而對其它物質的(de)檢測性能比較差。所以,它們可以(yǐ)檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠高於它們的允(yǔn)許濃度。

  比如:對(duì)於苯、氨氣等(děng)危險有毒氣體,單純使用可燃氣(qì)體檢測儀就是一個十分危險的(de)做法。比如,苯的爆(bào)炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正(zhèng)係(xì)數是2.51,也就是說,苯在一個用(yòng)甲烷標定的LEL檢測儀(yí)上的顯示的濃(nóng)度隻是其實際濃度的(de)40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯(běn)的最低警報(bào)濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃度同苯的允許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的(de)警報(bào)濃度1.5*10-2也要比其允(yǔn)許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不同,選(xuǎn)擇特定有毒(dú)氣體檢測儀要(yào)比單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。

  另外,目前我們(men)對於可以引起急性中毒的氣體,比如硫(liú)化(huà)氫(qīng)、氰氫酸等的檢(jiǎn)測較為重視,但對於可以引起慢性中毒(dú)的氣體,比如(rú)芳香烴(tīng)、醇類等(děng)的(de)檢測重視不(bú)夠,其實後(hòu)者對於工人健康和安全的危害絲毫不遜於可(kě)以引起急性中毒的氣體!它們可能引起癌變和其它的隱形病症,影(yǐng)響工人的壽命和健康。這種現象的出現,除了認識上的原因以外(wài),以前市(shì)場上缺乏合適的(de)、可以檢測較低濃度的有機氣(qì)體檢測儀也是一個重要的原因。隨著科學技術水平的發展和人們健康認識的提高,人們已經不滿足於(yú)僅僅"高高興興上班來,平平安安回家去",而是追(zhuī)求著(zhe)更高的生活質量和生活條件(jiàn)。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休以後的生活。


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