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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(cè)手段也有所不同。
可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場(chǎng)合遇到zui多的危險(xiǎn)氣體,它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某些無機(jī)氣體:如一氧化碳等。
可燃?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(diǎn)燃它們的火源,這就是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形),缺一不可,也就是說,缺少其中任何一個(gè)條件都不會(huì)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(shí),遇具有一定溫度的火源就會(huì)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(jiǎn)稱爆炸極限,一般用%表示。
實(shí)際上,這種混合物也不是在任何混合比例上都會(huì)發(fā)生爆炸而要有一個(gè)濃度范圍。如上右圖所示的陰影部分。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL(zui低爆炸限度)時(shí)(可燃?xì)怏w濃度不足)和其濃度高于UEL(zui高爆炸限度)時(shí)(氧氣不足)都不會(huì)發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同,這一點(diǎn)在標(biāo)定儀器時(shí)要十分注意。
直接測(cè)量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測(cè)器也可以在市場(chǎng)上得到,同時(shí),也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測(cè)器。VOL可燃檢測(cè)器特別適合于在缺氧(氧氣不足)的環(huán)境中測(cè)量可燃?xì)怏w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(jī)化學(xué)物質(zhì)(VOC),也可能存在于生產(chǎn)過程的各個(gè)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(duì)工作人員造成危害zui大的危險(xiǎn)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(duì)于人體的危害,如致殘、癌變等等。對(duì)于這些有毒有害氣體的檢測(cè)是我們發(fā)展中國(guó)家應(yīng)當(dāng)開始引起充分重視的問題。
目前,對(duì)于特定的有毒氣體的檢測(cè),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(cè)儀。其中,檢測(cè)無機(jī)氣體zui為普遍、技術(shù)相對(duì)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(gè)反應(yīng)電極--工作電極和對(duì)電極以及一個(gè)參比電極放置在特定電解液中,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(cè)
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(cè)量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流,然后由其中的微處理器計(jì)算出氣體的濃度。
目前,可以檢測(cè)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。
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(shí)很容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn);而氧氣含量低于19.5%為氧氣不足(缺氧),此時(shí)很容易發(fā)生工人窒息、昏迷以至死亡的危險(xiǎn)。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。氧氣檢測(cè)儀也是電化學(xué)傳感器的一種。
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