氣體檢測(cè)儀的應用和原(yuán)理

發布日期:2017-05-26 00:00:00 作者: 點擊:

傳感(gǎn)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:如半導體式(表麵控製型、體積控製型、表麵電位型)、催化燃燒式(shì)、固體熱導式等。

  B) 利(lì)用物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(huà)學性質的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔(gé)膜(mó)離子電極式、固(gù)定電解質式等。

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

  由於它(tā)們性質和危(wēi)害不同,其(qí)檢(jiǎn)測手(shǒu)段也有所不同。

  可燃氣體是石油化工(gōng)等工業場合遇到最多的危(wēi)險氣體(tǐ),它(tā)主要是烷烴等有機氣體和某些(xiē)無機氣體:如一氧化碳等(děng)。可燃氣體發生爆炸必須具備一定(dìng)的條件,那就是:一(yī)定濃度的可燃氣體,一定量的氧氣以及足(zú)夠熱量點燃(rán)它們的火源,這就(jiù)是爆炸三(sān)要素(如上左圖所示(shì)的爆炸(zhà)三角形),缺一不可,也就是說,缺少其中任何一個條件都不會引起火災和爆炸(zhà)。當可燃氣體(蒸(zhēng)汽、粉塵)和氧氣混合並達到一(yī)定濃度時,遇具有一定(dìng)溫度的火源就會發生爆炸。我們把(bǎ)可燃氣體遇火源發生(shēng)爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限,簡稱爆炸極限,一(yī)般用%表示。實際上,這(zhè)種混合物也不是在任何混合比例上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。

  當可燃氣體濃度低於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不(bú)足)和其濃度高於UEL(最高(gāo)爆炸限度(dù))時(氧氣不足)都不會(huì)發生爆炸。不同的可燃(rán)氣(qì)體的LEL和UEL都各不相同(tóng)(參見第八期的(de)介紹),這一點在標定儀器時要十分注(zhù)意(yì)。為安全起見,一般我們應當在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這裏,10%LEL稱。作警(jǐng)告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因。

  需要說明的是,LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃氣體的(de)濃度達(dá)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)低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體的(de)檢(jiǎn)測儀是我們常見的催化燃燒式檢(jiǎn)測儀。它的原(yuán)理是一(yī)個雙路電橋(一般稱作惠(huì)斯通電橋)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,不論何種易燃氣體,隻要它能夠被電(diàn)極引(yǐn)燃(rán),鉑(bó)金絲電橋的電阻就會由於溫度變化發生改變,這種電阻變化同可(kě)燃氣體的濃度成一定比(bǐ)例(lì),通過儀器的電路係統和(hé)微處(chù)理機可(kě)以計算出可燃(rán)氣體的濃度。直接測量可燃(rán)氣體的體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以(yǐ)在市(shì)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(cè)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(yǒu)毒氣體既可以存在於生產原料中(zhōng),如大多數的有機化學物質(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、硫化氫等(děng)等(děng)。它們是對工作人員造成危害(hài)最大的危(wēi)險因素(sù)。這種危害不僅包括立即的傷害,如(rú)身體不適、發病、死亡等等(děng),而且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變等等。對於(yú)這些有毒有害(hài)氣體的檢測是我們發(fā)展(zhǎn)中國(guó)家應當開始引起充分重視的(de)問題。

  隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等(děng)值會有一定的不同目前,對於特定的(de)有毒氣體(tǐ)的檢測,我們使用最多的是專用氣體傳(chuán)感器。它可以包(bāo)括(kuò)上麵。所列的所有氣體傳感器,也包括前兩(liǎng)章所介紹的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍(biàn)、技(jì)術(shù)相對成熟、綜合指(zhǐ)標最好的方法是定電(diàn)位電解式方(fāng)法,也就是我們常說的電化學(xué)傳感器。

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

  目前(qián),可以檢(jiǎn)測到特定氣體的電化學(xué)傳感器包括:一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯化氫(qīng)等等。檢測VOC檢測器可以使用前章介紹的(de)光離(lí)子化檢測器。氧氣也是在工業環境中(zhōng),尤其是密閉(bì)環境中需要十分(fèn)注意因(yīn)素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(liàng)(富氧),此時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧氣不足(缺氧),此時很容易發生(shēng)工人窒息、昏迷以至死亡的危險。正常的(de)氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀(yí)也是電化學傳感器的一種。

  目前在選擇有毒有害氣體檢測儀(yí)時的問(wèn)題:在我國,由於曆史和認識上的原因,我們在選用各類檢測儀時存在的(de)問題還比較多(duō),具體體(tǐ)現在:

  1)對可燃氣體的檢測重於對有毒氣體的檢測(cè)。

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

  由於眾多可(kě)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檢測十分重視,可以講,任何一個石化、化工廠,絕(jué)大多數的危險氣體檢(jiǎn)測(cè)儀(yí)都是LEL檢測儀。但僅(jǐn)配備LEL檢測(cè)儀對於真正保護工人的安全和健康還是遠遠不夠的。不可否認的是,大多數的揮發性危險氣體都是可燃氣體(tǐ),但是,催化(huà)燃燒式(shì)的可(kě)燃氣體檢測儀(LEL)並不是對所有的可燃氣(qì)體檢測都是(shì)最佳選擇。它是專(zhuān)門為檢測甲烷設計的,而對其它物質的(de)檢測性能(néng)比較(jiào)差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠高於(yú)它們的允許濃度。

  比如:對(duì)於苯、氨氣等(děng)危險有毒氣體,單純使用可燃氣體檢(jiǎn)測儀就是一個十分危險的做(zuò)法。比如,苯的爆(bào)炸下限是1.2%,它(tā)在LEL檢測(cè)儀上的校正係(xì)數是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上(shàng)的顯(xiǎn)示的濃度隻是其實(shí)際濃度的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,這個濃度同苯的允許濃(nóng)度5*10-6相比要高近600倍(bèi)!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的(de)警報濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大(dà)約600倍(bèi)。因此根據所檢測氣體的不同,選擇特(tè)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。

  另外,目前(qián)我們對(duì)於可以引起急性中(zhōng)毒的(de)氣體,比如硫(liú)化氫、氰(qíng)氫酸等的檢測較為重視(shì),但對於可以引(yǐn)起慢性中毒的氣體,比如芳(fāng)香烴(tīng)、醇類(lèi)等的檢測重(chóng)視不夠,其實(shí)後者(zhě)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它的(de)隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的出現(xiàn),除了認識(shí)上的原因以外,以前市(shì)場上缺乏合適的、可(kě)以檢測較低濃度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(men)健(jiàn)康認識的提高,人們已經不滿足於(yú)僅僅"高高興興上(shàng)班(bān)來,平平(píng)安安回家去",而是追求著(zhe)更高的生活質量和生活條件。人(rén)們不僅關心著(zhe)今日的工作(zuò),更關心(xīn)著明(míng)天----退休以後的生活。


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