氣體檢測(cè)儀的應用和(hé)原(yuán)理(lǐ)

發布日期:2017-05-26 00:00:00 作者: 點擊:

傳感(gǎn)器從原理上(shàng)可以分為三大類(lèi):

  A) 利用物理化學性質的氣體傳感器(qì):如半導(dǎo)體式(表麵控製型、體積控製型(xíng)、表麵電位型)、催化燃燒式(shì)、固體熱導式等。

  B) 利用(yòng)物理性質的(de)氣體傳感器:如熱傳導式(shì)、光幹涉式、紅外吸(xī)收式等。

  C) 利用電化學性(xìng)質的氣體(tǐ)傳感器:如定電(diàn)位電解(jiě)式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解(jiě)質式等。

  根據危害,我們將有毒有害氣體分為(wéi)可燃氣體和有毒氣體兩大(dà)類(lèi)。

  由於它們性質和(hé)危害不(bú)同,其檢測手段也有所不同。

  可燃氣體是石油化工等工業場合遇到最多的危險氣體(tǐ),它主(zhǔ)要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體(tǐ):如(rú)一氧化碳等。可燃氣體發生爆炸必須(xū)具備一定的條件,那就是:一定濃度的可燃氣(qì)體,一定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的火源,這就是(shì)爆(bào)炸三要素(如上左圖(tú)所示的爆炸(zhà)三角形),缺一(yī)不可,也就是說,缺少其中任何(hé)一個條件都不會引起火災和爆炸。當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合(hé)並達(dá)到一定(dìng)濃度時,遇具(jù)有一定溫度的火源就會發生(shēng)爆炸。我們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(yī)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(huì)發生爆炸(zhà)而要有一個濃(nóng)度範圍(wéi)。

  當可燃氣體(tǐ)濃度低於LEL(最低(dī)爆炸限度)時(可(kě)燃氣體濃度不足(zú))和其濃度高於UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不(bú)足(zú))都不會發生爆炸。不同的(de)可燃氣體的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹(shào)),這一點在標定儀器時要十分注意。為安全起見,一般我們應當(dāng)在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這裏,10%LEL稱。作警告(gào)警報,而20%LEL稱作危險警報。這也(yě)就(jiù)是我(wǒ)們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢(jiǎn)測儀的原因。

  需要說明的是,LEL檢測儀上顯示的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低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積(jī)濃度(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(cè)儀。它的原理是一個雙路(lù)電橋(一(yī)般稱作惠(huì)斯(sī)通電橋)檢測單元。在這其中的一個(gè)鉑金(jīn)絲電橋上塗有催化燃燒物質,不論何種易燃氣(qì)體,隻要(yào)它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋(qiáo)的電阻就會由於溫度(dù)變化發生改變(biàn),這種電阻(zǔ)變化同可燃氣體(tǐ)的濃度成一定(dìng)比例,通過儀器的電路係(xì)統和微處理機可以計算出可燃氣體的濃度。直接測量可燃氣體(tǐ)的體積濃度的(de)熱導式(shì)VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也已(yǐ)經有了(le)LEL/VOL合(hé)二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合於在缺氧(氧氣不足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。

  有毒(dú)氣(qì)體既可以存在於生產原料中(zhōng),如大多數的有機化學物(wù)質(VOC),也可能存在於(yú)生產過程的各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化(huà)氫等等。它們是對工作人員造成危害最大的危險因素。這種危害不(bú)僅包括立即的(de)傷(shāng)害(hài),如身體不適、發病、死(sǐ)亡等等,而(ér)且包括(kuò)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(qì)體(tǐ)的檢測是我們發(fā)展中國家(jiā)應當開始引起充分(fèn)重視的問題。

  隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有(yǒu)一(yī)定的不同目前,對於特定的有毒氣體的檢測(cè),我們使用最多的是專用氣(qì)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(guāng)離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍、技術相對成熟、綜(zōng)合指標最好的(de)方法是定電(diàn)位電解式方(fāng)法,也就(jiù)是我們常說(shuō)的電化學傳感(gǎn)器。

  電化學(xué)傳感器的構成是:將(jiāng)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(zhōng)(如上圖如示),然後在反應電極之間加上足夠的電壓,使透(tòu)過塗有重金屬催化劑薄(báo)膜的(de)待(dài)測(cè)氣體進(jìn)行(háng)氧化還原(yuán)反應,再(zài)通過儀器中的電路係統測量氣(qì)體電解時產生的電流,然後由其中的微處理器計算出氣體的濃度。

  目前,可(kě)以檢測(cè)到(dào)特(tè)定氣體(tǐ)的電化學傳感器包括:一(yī)氧(yǎng)化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮(dàn)、二氧(yǎng)化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯(lǜ)化(huà)氫等等。檢測(cè)VOC檢測器可(kě)以使用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是(shì)在工業環境中,尤(yóu)其(qí)是密閉環境中需(xū)要十分注意因素。一般我們將氧氣含量(liàng)超過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發生爆(bào)炸的危險;而(ér)氧氣含量(liàng)低於(yú)19.5%為氧氣不足(缺(quē)氧(yǎng)),此時很容易(yì)發生工人(rén)窒息、昏(hūn)迷以至死亡的危險。正(zhèng)常的氧氣含(hán)量應當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電(diàn)化學傳感器的一種。

  目前在選(xuǎn)擇有毒(dú)有害氣體檢測儀時的問題:在我國,由於曆史和(hé)認識上的原因,我們(men)在選用各類檢測儀時存在的問題還比較多,具體體現在:

  1)對可燃氣體的檢測重於對有毒氣體的檢測。

  2)對(duì)可能引起(qǐ)急性中(zhōng)毒氣體的檢測(cè)重(chóng)於對可能引(yǐn)起慢性中毒的氣體的檢測(cè)。

  由於眾(zhòng)多可燃氣體泄漏所(suǒ)引起(qǐ)的爆炸事故的血的教訓,使人們對(duì)於可燃氣(qì)體檢測(cè)十分重視,可以講,任何(hé)一(yī)個石化、化工廠,絕大(dà)多(duō)數的危險氣體檢(jiǎn)測儀都是LEL檢測儀。但僅(jǐn)配備(bèi)LEL檢測儀對於真正保(bǎo)護(hù)工人的安全和健康還是遠遠不夠的。不可否(fǒu)認的是,大多數的揮發性危險氣體(tǐ)都是可燃氣(qì)體,但是(shì),催化燃燒式的可燃氣體檢測儀(LEL)並不是對(duì)所有的可燃氣體檢測都是最(zuì)佳選擇。它是專(zhuān)門(mén)為檢測甲烷設計(jì)的,而對其它物質的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的(de)可燃氣體的下限濃度要遠遠高於它們的允許濃度。

  比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純使用可燃(rán)氣體檢測儀就是一個十分危險的做法(fǎ)。比如,苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正係(xì)數是2.51,也(yě)就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測(cè)儀上的顯示的濃度隻是其實際濃度的40%!!這樣,用(yòng)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,這個濃度同苯的允許(xǔ)濃度5*10-6相比要高(gāo)近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測(cè)儀上得到的警報濃度1.5*10-2也要比其允(yǔn)許濃度2.5*10-5高大約600倍。因此(cǐ)根據所檢測氣(qì)體的不同,選擇特(tè)定有毒氣體(tǐ)檢測儀要比單純(chún)選擇LEL檢測儀更加安全可(kě)靠得多。

  另外,目前我們對於可以引起急性中毒(dú)的氣(qì)體,比如硫化氫、氰氫酸(suān)等的檢測較為重視,但(dàn)對於可以(yǐ)引起慢性中毒的氣體,比如芳(fāng)香烴、醇類等的檢測重視不夠,其實後者對於工人健康和安全的危害絲毫不遜於可以引起急性中毒的氣體!它們可能引起癌變和其(qí)它(tā)的(de)隱形病症,影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,以前市場上缺乏合適(shì)的、可以檢測較低濃度的有(yǒu)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(jīng)不滿足於僅僅"高高興興上班來,平平安(ān)安回家去",而是追(zhuī)求著更高的生活質量(liàng)和(hé)生活條件。人們不僅關心著今(jīn)日的工作,更關心著明天----退休以後的生活。


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