氣體檢測儀的應用和原理

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(dà)類:

  A) 利用物理化學性質的氣體傳感器:如半導體式(表麵控製型、體積控製型、表(biǎo)麵電位型)、催化燃燒式、固(gù)體熱導式(shì)等。

  B) 利(lì)用物理性質(zhì)的(de)氣體傳感器:如熱傳導式、光幹涉式、紅外吸收式等。

  C) 利用(yòng)電化學性質(zhì)的氣體傳(chuán)感器(qì):如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極(jí)式、固定電解質式等。

  根據危害,我們將有毒有(yǒu)害氣體分為可燃氣體和有(yǒu)毒氣體兩大類。

  由於它們性質和危害不同,其(qí)檢測手段也有(yǒu)所不(bú)同。

  可燃氣體是石(shí)油化工等工業場合遇到(dào)最多的危險氣體,它主要是烷烴等有機氣(qì)體和某些無機氣(qì)體:如一氧化碳等。可(kě)燃氣體發生爆炸必須具備一定的條件,那就是:一定濃度的(de)可燃氣體,一定量的氧氣以及足夠(gòu)熱量點燃它們的火源,這(zhè)就是(shì)爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形(xíng)),缺一不可,也(yě)就是說,缺少其(qí)中任(rèn)何一個條件都不會引起火災和爆炸。當可燃氣體(蒸汽(qì)、粉塵)和氧氣混合並達(dá)到一定濃度時(shí),遇具有一定溫度的火源就會發生爆炸。我們把可燃氣體遇(yù)火源發生爆炸的濃度稱為爆(bào)炸濃度極限,簡稱爆炸極限,一般用%表示。實際上,這(zhè)種混合物(wù)也(yě)不是在任何混(hún)合比例上都會發生爆炸而要(yào)有一個濃度範圍。

  當可燃氣(qì)體濃(nóng)度低於(yú)LEL(最低爆(bào)炸限度)時(可(kě)燃氣體濃(nóng)度不足)和其濃度高於UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都各不相(xiàng)同(參(cān)見第八期的介紹(shào)),這一(yī)點在標定儀器(qì)時要十分(fèn)注意。為安全起見,一般我們應當在可燃氣體濃度(dù)在LEL的10%和20%時發出警報,這(zhè)裏,10%LEL稱。作警(jǐng)告警報,而20%LEL稱作危險警(jǐng)報。這也就是我們將可燃(rán)氣體檢測儀(yí)又稱作LEL檢測儀的原因。

  需要說明的是,LEL檢測儀(yí)上顯示的100%不是可燃氣體的濃度達到氣體體積的100%,而是達到了LEL的100%,即相當於可燃氣體的最(zuì)低(dī)爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體(tǐ)積濃度(dù)(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體的檢測儀是我們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理(lǐ)是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗有催化(huà)燃燒物質,不論何種易燃氣體,隻要它能(néng)夠被電極引燃,鉑(bó)金絲電橋的電阻就會由於溫度變(biàn)化發生改變,這種(zhǒng)電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例,通過儀器的電路係統和微處理機可以計算(suàn)出可燃氣體的濃度。直接測量可燃氣體的體(tǐ)積濃度的熱(rè)導式(shì)VOL檢測器也(yě)可以在市場上得到,同時,也已經有了LEL/VOL合二為一的檢(jiǎn)測器(qì)。VOL可燃檢測(cè)器(qì)特別(bié)適合於在缺(quē)氧(氧氣(qì)不足)的環(huán)境中(zhōng)測量可燃(rán)氣體的體積(VOL)濃度。

  有毒氣體既可以存(cún)在於生產原(yuán)料中,如大多(duō)數的有機化學物質(VOC),也可能存在於生產過程(chéng)的各個環節的副產(chǎn)品(pǐn)中,如氨、一(yī)氧化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員(yuán)造成危害最大的危險因素。這種危害不(bú)僅包(bāo)括立即的傷害,如身體不適(shì)、發病、死亡等等,而且包括對於人體長期的危害,如(rú)致殘、癌變等等。對於這些有毒有害氣體(tǐ)的檢測是我們發(fā)展中國家應當開始引(yǐn)起充(chōng)分重視的問題。

  隨氣體種類不(bú)同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值(zhí)會有一定(dìng)的不同目前,對於特定的有毒(dú)氣體的檢(jiǎn)測,我們使用最多的是專(zhuān)用氣體傳感器。它可以包括上麵(miàn)。所(suǒ)列的所有氣體(tǐ)傳感器,也包括(kuò)前兩章所介紹的光離(lí)子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍、技術相(xiàng)對成熟、綜合指標最好的方(fāng)法是定(dìng)電位(wèi)電(diàn)解式方法,也就是我們常說的電化(huà)學傳感器。

  電化學傳感器的構成是:將兩個(gè)反應電極--工作電極和對電極以及一個參比電(diàn)極放置在特定電解液中(如上圖如(rú)示),然後在反應(yīng)電極之間(jiān)加上足夠的電壓,使透過塗有重金(jīn)屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應,再通過儀器中的電(diàn)路係統測量氣(qì)體電解時產生的電流,然後由其中的微(wēi)處理器計算出氣體的濃度。

  目前,可以檢測到特定氣體(tǐ)的電化學傳感器包括:一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化(huà)氮、氨氣、氯氣、氰(qíng)氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫(qīng)等等。檢測VOC檢測(cè)器可以使用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密(mì)閉環境中(zhōng)需要十分注意因素。一般我們將(jiāng)氧氣含量超過23.5%稱(chēng)為氧氣過量(富氧),此時很容易發生爆炸的(de)危險;而氧氣含量低於19.5%為氧氣不足(缺氧(yǎng)),此時很容易發生工人窒息、昏迷以至死亡的危險(xiǎn)。正常的氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是(shì)電化學傳感器的一種。

  目前在(zài)選擇有毒有害氣體檢測儀時的(de)問題:在我國(guó),由於曆史和認識上的原因,我們在選用(yòng)各類檢測儀時存在(zài)的問題還比較多,具(jù)體體現在:

  1)對可燃氣體的檢測(cè)重於對有毒(dú)氣體的檢測。

  2)對可能引(yǐn)起急(jí)性中毒氣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(qì)體(tǐ)泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓,使人們對於可燃氣體檢測十分重視,可以講,任(rèn)何一個石化、化工廠,絕大多數的危險氣體檢(jiǎn)測儀都是LEL檢測儀。但(dàn)僅配(pèi)備(bèi)LEL檢測儀對於真正(zhèng)保護工人的安全和健(jiàn)康還是遠遠不夠的。不可否認的是(shì),大多數的(de)揮發性危險氣體都是可燃氣體,但是,催化(huà)燃燒式的可燃氣體檢(jiǎn)測儀(LEL)並不是(shì)對所有的可燃氣體檢測都是最佳(jiā)選擇。它是專門為(wéi)檢測甲烷設計的,而對其它物質的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的(de)除甲烷以外的可(kě)燃氣體的下(xià)限濃度要(yào)遠遠高於它們(men)的允許濃度。

  比如(rú):對於苯、氨氣等危(wēi)險有毒氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就(jiù)是一個十分危險的做(zuò)法。比如,苯(běn)的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀(yí)上的校正係數是2.51,也就是(shì)說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上(shàng)的(de)顯示的濃度隻是其實際濃度的(de)40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯的最低警報濃度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃度(dù)同(tóng)苯的允許濃度5*10-6相比(bǐ)要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的警報(bào)濃(nóng)度1.5*10-2也要比其允許(xǔ)濃(nóng)度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不同,選擇特定有毒氣(qì)體檢測儀要比單純選擇LEL檢(jiǎn)測(cè)儀(yí)更加安全可(kě)靠得多。

  另外,目前我(wǒ)們對於可以引起急(jí)性中毒的氣體(tǐ),比如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視,但對於可以引起慢性中毒(dú)的氣體(tǐ),比如(rú)芳香烴、醇類(lèi)等的檢測重視不(bú)夠,其實後者(zhě)對於(yú)工人健康和安全的危害(hài)絲毫不遜於可以(yǐ)引起急性中(zhōng)毒的氣體!它們可能引(yǐn)起癌變和其它的(de)隱形病症,影響工人的壽命和(hé)健(jiàn)康(kāng)。這種現象的出現,除了認識上的(de)原因以外(wài),以前市場上缺乏合適的(de)、可以(yǐ)檢(jiǎn)測較低濃(nóng)度(dù)的有機氣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,人們已經不滿足於僅僅"高高(gāo)興興上班來,平平安安回家去",而是追(zhuī)求著更高的生活質量(liàng)和生活條件。人們不(bú)僅關心著今日的工(gōng)作,更關心著明天----退休以後的生活。


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