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有毒有害氣體檢測儀的分類和原理

閱讀:268發(fā)布時間:2011-2-16

  有毒有害氣體檢測儀的分類和原理:氣體檢測儀的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。
  
  氣體傳感器從原理上可以分為三大類:
  
  A)利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
  
  B)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器:如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。
  
  C)利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
  
  根據(jù)危害,我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類。由于它們性質(zhì)和危害不同,其檢測手段也有所不同。
  
  可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場合遇到zui多的危險氣體,它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳等??扇?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件,那就是:一定濃度的可燃?xì)怏w,一定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的火源,這就是爆炸三要素,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(zāi)和爆炸。當(dāng)可燃?xì)怏w(蒸汽、粉塵)和氧氣混合并達(dá)到一定濃度時,遇具有一定溫度的火源就會發(fā)生爆炸。我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限,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都會發(fā)生爆炸而要有一個濃度范圍。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL(zui低爆炸限度)時(可燃?xì)怏w濃度不足)和其濃度高于UEL(zui高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹),
  
  這一點在標(biāo)定儀器時要十分注意。為安全起見,一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在LEL的10%和20%時發(fā)出警報,這里,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃?xì)怏w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?xì)怏w的濃度達(dá)到氣體體積的100%,而是達(dá)到了LEL的100%,即相當(dāng)于可燃?xì)怏w的zui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檢測儀是我們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì),不論何種易燃?xì)怏w,只要它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的電阻就會由于溫度變化發(fā)生改變,這種電阻變化同可燃?xì)怏w的濃度成一定比例,通過儀器的電路系統(tǒng)和微處理機可以計算出可燃?xì)怏w的濃度。直接測量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合于在缺氧(氧氣不足)的環(huán)境中測量可燃
  
  氣體的體積(VOL)濃度。
  
  有毒氣體既可以存在于生產(chǎn)原料中,如大多數(shù)的有機化學(xué)物質(zhì)(VOC),也可能存在于生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員造成危害zui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(fā)病、死亡等等,而且包括對于人體長期的危害,如致殘、癌變等等。對于這些有毒有害氣體的檢測是我們發(fā)展中國家應(yīng)當(dāng)開始引起充分重視的問題。
  
  表常見有毒有害氣體的TWA(8小時統(tǒng)計權(quán)重平均值)、S(15分鐘短期暴露水平)、IDLH(立即致死量)(ppm)和MAC
  
 ?。ㄜ囬gzui大允許濃度)mg/m3。
  
  有毒氣體TWASIDLHMAC
  
  氨氣(NH3)253550030
  
  一氧化碳(CO)25--150030
  
  氯氣(Cl2)0.51301
  
  氰化氫(HCN)104.7500.3
  
  硫化氫(H2S)101530010
  
  一氧化氮(NO)25--100--
  
  二氧化硫(SO2)2510015
  
  VOC*50100----
  
  隨氣體種類不同,其TWA、S、IDLH、MAC等值會有一定的不同目前,對于特定的有毒氣體的檢測,我們使用zui多的是氣體傳感器。它可以包括上面。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測儀。其中,檢測無機氣體zui為普遍、技術(shù)相對成熟、綜合指標(biāo)的方法是定電位電解式方法,也就是我們常說的電化學(xué)傳感器。
  
  電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是:將兩個反應(yīng)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(如上圖如示),然后在反應(yīng)電極之間加上足夠的電壓,使透過涂有重金屬催化劑薄膜的待測氣體進(jìn)行氧化還原反應(yīng),再通過儀器中的電路系統(tǒng)測量氣體電解時產(chǎn)生的電流,然后由其中的微處理器計算出氣體的濃度。
  
  目前,可以檢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(huán)氧乙烷、氯化氫等等。檢測VOC檢測器可以使用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣也是在工業(yè)環(huán)境中,尤其是密閉環(huán)境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發(fā)生爆炸的危險;而氧氣含量低于19.5%為氧氣不足(缺氧),此時很容易發(fā)生工人窒息、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化學(xué)傳感器的一種。

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