傳感器從原理上可以(yǐ)分為三大類:
A) 利用物理化學性(xìng)質的氣體傳感器:如半導體式(表麵(miàn)控製型、體積控製型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。
B) 利用物(wù)理性質的氣體傳感器:如(rú)熱傳(chuán)導式、光(guāng)幹(gàn)涉式、紅外吸收式等。
C) 利用電化學性質的(de)氣體傳感器:如定電位電解式(shì)、迦伐尼電池(chí)式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
根據危害,我們將有毒有害氣體分為可燃氣(qì)體和有毒氣體兩(liǎng)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(shì)石油化工等工業場合遇到最多的危險氣體,它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳等。可燃氣體(tǐ)發生爆炸必須具備一定的條件,那就是:一定濃度的可燃氣體,一(yī)定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的(de)火源,這就(jiù)是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角形(xíng)),缺一不可,也就是說,缺少其中任(rèn)何一(yī)個條件都不會引起火災和爆炸。當(dāng)可燃氣體(蒸(zhēng)汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度時,遇具(jù)有一定溫度的火源就會發生爆炸。我們把可燃氣(qì)體遇火源發生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,這種混合物也不是在任何混合比例上都會(huì)發生爆炸而要有一個(gè)濃度範圍。
當可燃氣體濃度低於(yú)LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不足)和其濃度高於UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹),這一點(diǎn)在標定儀器(qì)時要十分注意。為安全起見,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,這裏(lǐ),10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警(jǐng)報。這也就是(shì)我們將可燃氣體檢測儀又稱(chēng)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(qì)體的濃度達到氣體體(tǐ)積的100%,而是達到了LEL的100%,即相當於可燃氣體的(de)最(zuì)低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積(jī)濃(nóng)度(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體(tǐ)的檢測儀是(shì)我們常見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個(gè)雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋)檢(jiǎn)測單元。在這其中的一個鉑金絲電(diàn)橋上(shàng)塗有催化燃燒物質,不論何種(zhǒng)易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的電阻就會由於溫度變化發生改變,這種電阻變化同可燃氣體(tǐ)的濃度成一定比例(lì),通過儀器的電路係統和微處理機可以計(jì)算出可燃氣體的濃度。直接測量可燃氣體的體積濃度的(de)熱導(dǎo)式VOL檢測(cè)器也(yě)可以在市場上得到,同時,也已經有了LEL/VOL合二為一的檢測器。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。
有毒氣體既可以存在於生產原料中,如大多數的有機化學物質(VOC),也可能存(cún)在於生產過程的各個環節的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它(tā)們是對工作人員造成危害最大的危險(xiǎn)因素。這種危害不僅包括立即的傷害,如身體不適、發病、死亡(wáng)等等,而且包括對於人體長期(qī)的危害,如(rú)致(zhì)殘、癌變等等。對於這(zhè)些有毒有害氣體的(de)檢測是(shì)我們發展中國(guó)家應當開始引起充分重視的問題。
隨氣體種類(lèi)不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等(děng)值會有一定(dìng)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(shì)專用氣體傳感器。它可以包括(kuò)上麵。所列的所(suǒ)有氣體(tǐ)傳感器,也包括前兩章所介紹的光離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普遍、技術相(xiàng)對成(chéng)熟、綜(zōng)合(hé)指標最(zuì)好的方法是定電位電解式方法,也就是我(wǒ)們常(cháng)說的電(diàn)化學傳(chuán)感器。
電(diàn)化學傳感器的構成是:將兩個(gè)反應(yīng)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(shì)),然後在反應電極之間加(jiā)上(shàng)足夠的電壓,使透過塗有重金屬催化劑薄(báo)膜的待測氣體進(jìn)行氧化還原反(fǎn)應,再通過儀器中的電(diàn)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(qì)計算出氣體的濃度。
目前,可以檢測到特定氣體的電(diàn)化學傳感器包括(kuò):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(wán)、氯化氫(qīng)等(děng)等。檢測VOC檢測器可以使用前章(zhāng)介紹的光離子化檢測器(qì)。氧氣也(yě)是在工業環境中,尤其(qí)是密閉環境中需要(yào)十分注意因素。一(yī)般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此(cǐ)時很容易發生爆炸的危險;而(ér)氧氣含量低(dī)於19.5%為(wéi)氧氣不足(缺氧),此時很容易發生工人窒息、昏迷以至死亡的(de)危(wēi)險。正常的氧氣含(hán)量(liàng)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(yǒu)害(hài)氣體檢測儀時的問題(tí):在我國,由(yóu)於曆史和認識上的原因,我們在選用各類檢測儀時存在的問題還比較多,具體體(tǐ)現在:
1)對可燃氣(qì)體的檢測重於對有(yǒu)毒(dú)氣體(tǐ)的檢測。
2)對可能引起急性中毒氣體的檢測重於對(duì)可能(néng)引起慢性中毒(dú)的氣體的(de)檢測。
由於眾多可燃氣體泄(xiè)漏(lòu)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,絕大多數的危險氣體檢測儀都是LEL檢測(cè)儀。但僅配備(bèi)LEL檢測儀對於真(zhēn)正保護工人的安全和健康還是遠遠不夠的。不可否認的(de)是,大多數的(de)揮發性危險氣體都是可燃(rán)氣體,但是,催化燃燒式的(de)可燃氣體檢測儀(LEL)並不是對所有的可燃氣體檢測都是最佳選擇。它是專門為檢測甲烷(wán)設計(jì)的,而對(duì)其它物質的檢測性能比較(jiào)差。所以,它們可以(yǐ)檢測(cè)出的除甲烷以外的可燃氣(qì)體的下限濃度要遠遠高於它們的(de)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(yī)個十分危險的(de)做法。比如,苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢(jiǎn)測儀上(shàng)的校正係數(shù)是2.51,也就(jiù)是說,苯在一個用甲(jiǎ)烷標定的LEL檢測儀上的顯示(shì)的濃度隻是其實際濃(nóng)度的40%!!這樣,用LEL可以檢測(cè)到的苯(běn)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(de)允許濃度5*10-6相比要高(gāo)近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到的警報濃度(dù)1.5*10-2也要比其(qí)允許濃度2.5*10-5高大(dà)約600倍。因此根據所檢測氣體(tǐ)的不同,選(xuǎn)擇(zé)特定有毒氣體檢測儀要比(bǐ)單純選擇LEL檢測儀更加安全可靠得多。
另外,目前我們對(duì)於可以引起急(jí)性中毒的氣體,比如硫化氫、氰氫酸等(děng)的(de)檢測較為重視,但對於可以引起慢性中毒的氣體,比如芳香烴、醇類等的(de)檢測重視不(bú)夠,其實後者對於(yú)工人健康和安全的危害絲毫不遜(xùn)於可以引起急性中(zhōng)毒的氣(qì)體!它們(men)可能引起癌變和(hé)其(qí)它的隱形病症,影響(xiǎng)工人的壽命和健康(kāng)。這種現象(xiàng)的出(chū)現,除了認識上的原因以外,以前市場上缺乏合適的、可以檢測較(jiào)低濃度的有機(jī)氣體檢測儀也是(shì)一個重要的原因。隨著科學技(jì)術水平的(de)發展和人們健康認識的提高,人們已經不滿足於僅僅"高(gāo)高興(xìng)興上(shàng)班來,平平安安(ān)回家去",而是追求著更(gèng)高的生活質量和生活條件。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。