氣體檢測儀(yí)的應用和原理

發布(bù)日期:2017-05-26 00:00:00 作(zuò)者: 點擊:

傳感器從原理(lǐ)上(shàng)可以分為三大類:

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

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

  C) 利用電(diàn)化學性質的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式(shì)、隔膜離(lí)子電極式、固定電解質式等。

  根據危害,我們將有毒有害氣體分為可(kě)燃氣體和有毒氣體兩大類。

  由於它(tā)們性質和危害不同,其檢測手段也有所不同。

  可燃氣體是石油化(huà)工等(děng)工業場合遇到最多的危險氣(qì)體,它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某(mǒu)些無機氣體:如一氧化碳等。可(kě)燃氣體發生爆炸必須(xū)具備一定的條件,那(nà)就是:一定濃度(dù)的可燃氣體,一定(dìng)量(liàng)的氧氣(qì)以及足夠熱量(liàng)點(diǎn)燃它們(men)的火源,這就(jiù)是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形),缺一不可,也(yě)就是說,缺少其中任何(hé)一個條件都不會引起(qǐ)火災和爆炸。當可燃氣體(tǐ)(蒸(zhēng)汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具有一定溫度的火源就會發生爆炸(zhà)。我(wǒ)們把可燃氣體遇火源發生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限,簡稱(chēng)爆炸極限,一般用%表示。實際上,這種混合(hé)物也不是在任何混合(hé)比例上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。

  當可燃氣體濃度低(dī)於LEL(最低(dī)爆炸限度(dù))時(可燃氣體濃度不足)和其濃度高於UEL(最(zuì)高爆炸限度)時(氧氣(qì)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(參見第八期的介紹(shào)),這(zhè)一點在標定(dìng)儀器時要十分注意。為安全起(qǐ)見,一般我們應當在可燃氣體濃度在(zài)LEL的10%和20%時發出警報,這(zhè)裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險(xiǎn)警報。這也就是我們將(jiāng)可燃氣體檢測儀(yí)又稱作LEL檢測儀(yí)的原因。

  需要說明的是,LEL檢測儀上顯示的100%不(bú)是可燃氣體的濃度達到氣體體積的100%,而是達(dá)到了LEL的100%,即相當於可燃氣體的最(zuì)低爆炸下限(xiàn),如(rú)果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中,以LEL方式(shì)測量這些氣體的(de)檢測儀是我們常見的催化(huà)燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一(yī)個鉑金(jīn)絲電橋上(shàng)塗有催化燃燒(shāo)物(wù)質,不論何種易燃氣體,隻要它能夠被電(diàn)極引燃,鉑金絲電橋的電阻就會(huì)由於(yú)溫度變化發生改變,這種電阻變化同可燃(rán)氣體(tǐ)的濃度成一定比(bǐ)例,通過儀器的電路係統和(hé)微處理機可以計算出可燃氣體的濃度。直接(jiē)測量可燃氣(qì)體的體積(jī)濃(nóng)度的(de)熱導式VOL檢測器也可以在市場上得到(dào),同(tóng)時,也(yě)已經有了LEL/VOL合二為一的(de)檢測器。VOL可燃檢(jiǎn)測器特別適合於在缺(quē)氧(氧氣不足(zú))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(shù)的有機化學物質(VOC),也可能存在於(yú)生產過(guò)程的(de)各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳(tàn)、硫化氫等等(děng)。它們是對工(gōng)作人員造成危(wēi)害最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的傷害,如(rú)身體不(bú)適、發病、死亡等等,而且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變等等。對於這些有毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應(yīng)當開始引起充分重視(shì)的問題。

  隨氣體種類(lèi)不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不(bú)同目前,對於(yú)特定的有毒氣體的(de)檢測,我(wǒ)們使(shǐ)用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所列(liè)的所有氣體傳感器,也包括前兩章所介(jiè)紹(shào)的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普(pǔ)遍、技術相對成熟、綜合指(zhǐ)標最(zuì)好的方(fāng)法是定電位電解式方法,也就是我們常說的電化學傳感器。

  電化學傳感器的構成是:將兩個反應電極(jí)--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(如上圖如示),然後(hòu)在反應電極之間加上足夠的電壓,使透過塗有重金屬催化劑薄膜的(de)待測氣體進行氧化還原反應,再通過儀器中(zhōng)的電路係統測量氣體電解時產生的(de)電流,然後由其中的微處理器計算出氣體的濃度(dù)。

  目前,可以檢測到特(tè)定氣體的電化學傳(chuán)感器(qì)包括:一氧化碳、硫(liú)化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙(yǐ)烷、氯化氫等(děng)等。檢測VOC檢測器可以使用(yòng)前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是在工(gōng)業環境(jìng)中,尤其是密閉環境中需(xū)要十分注意因素。一般我們將氧(yǎng)氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發(fā)生(shēng)爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧氣不足(缺氧),此時很容易發生工人窒息、昏(hūn)迷(mí)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。

  目前在選擇有毒有害氣體(tǐ)檢(jiǎn)測儀時的(de)問題:在我國,由於(yú)曆史(shǐ)和認識(shí)上的(de)原(yuán)因,我們在選用各類檢測儀(yí)時存在的問題還比(bǐ)較(jiào)多,具體體現在(zài):

  1)對可燃氣體的檢測重(chóng)於(yú)對有毒氣體的(de)檢測。

  2)對可能引起(qǐ)急性中毒氣體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體(tǐ)的檢測。

  由(yóu)於眾多可燃氣體泄漏所引起的爆炸事故的血的(de)教訓,使人們對(duì)於可燃氣體檢測十分重視,可以講,任何一個石化、化工廠,絕大多數(shù)的危險(xiǎn)氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀對於真正保護工人的安(ān)全和健康還是遠遠不夠的。不(bú)可(kě)否認的是,大多數的揮發性危險氣體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃(rán)氣體檢測儀(LEL)並不是(shì)對所有的可燃(rán)氣(qì)體檢測都是最佳選擇。它是(shì)專門為檢測甲烷設計的,而對其它物質(zhì)的檢測性能比較差。所(suǒ)以,它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下(xià)限濃度要遠遠高於它們的允許濃度。

  比(bǐ)如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體(tǐ),單純使(shǐ)用可(kě)燃氣體檢測儀(yí)就是一個十分危險的做法。比如,苯的(de)爆(bào)炸下限是(shì)1.2%,它在LEL檢測儀上(shàng)的校正係數是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的(de)LEL檢測儀上(shàng)的顯示的(de)濃(nóng)度隻是其實際濃度的40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯的最低警報(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(nóng)度(dù)5*10-6相比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允許(xǔ)濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不同,選擇(zé)特定有毒氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。

  另(lìng)外,目前(qián)我們對(duì)於可以引起急性中毒的氣(qì)體,比如硫化氫、氰氫(qīng)酸等的檢測較為(wéi)重視,但對於可以引起慢性中毒的氣體,比如芳香烴(tīng)、醇(chún)類等(děng)的檢測重視不夠,其實後者對於工人健康和安全的危害絲毫(háo)不遜於可以引起急(jí)性中毒的氣體!它們可能引起癌(ái)變和其它的隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的(de)出現,除了認識上的原因以(yǐ)外,以前市(shì)場上缺乏合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體(tǐ)檢測儀也是一個重要的原因。隨著科學技術(shù)水平的(de)發展和人們健康認識的提高,人們已經不(bú)滿足於僅僅"高高興興上班來,平平安安回家去(qù)",而是追求著更高的生活質(zhì)量(liàng)和(hé)生活條件。人們不僅關心(xīn)著今(jīn)日的工作,更關心著明天----退休以後的生活。


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