傳感器從原理上可以分為三大類:
A) 利(lì)用(yòng)物理化(huà)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(wèi)型)、催化燃燒式(shì)、固體熱(rè)導式等。
B) 利用物理性(xìng)質的氣體傳感(gǎn)器:如熱傳(chuán)導式、光幹涉式(shì)、紅外吸收式等。
C) 利用電化學(xué)性質的氣體(tǐ)傳(chuán)感器:如定(dìng)電位電(diàn)解式、迦(jiā)伐尼電(diàn)池式、隔膜離子電極式、固定電解質式等。
根據危害,我們將有毒有害氣體分為可燃氣(qì)體和有毒氣體兩大類。
由於它們(men)性質和危害不同,其檢測手段也有所不同。
可燃(rán)氣體是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(hé)某些無機(jī)氣體:如一氧化(huà)碳等。可(kě)燃氣體發生爆炸必須(xū)具備(bèi)一定的條件,那就是(shì):一定濃度的可燃氣體,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(sān)要素(如上(shàng)左圖所示的爆炸三角形),缺一不可,也(yě)就是說,缺少(shǎo)其中任何(hé)一個條件都不會引起(qǐ)火災和爆炸。當可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度(dù)時,遇具有一定(dìng)溫度(dù)的(de)火源就會發生爆炸。我們把(bǎ)可燃(rán)氣體遇火源發生爆炸的濃度(dù)稱為爆炸濃度極限,簡稱爆炸極限,一般用%表(biǎo)示。實際上,這種混合物也不是在任(rèn)何混合比例上都會發生爆炸而要有(yǒu)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(tǐ)濃度不足)和其濃(nóng)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(qì)體的LEL和UEL都各不相(xiàng)同(參見第八(bā)期的介紹),這一點在(zài)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。作警告警(jǐng)報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃(rán)氣體檢(jiǎn)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%不是可燃氣體的濃度達到氣體體積的100%,而是達到了LEL的(de)100%,即相當於可燃氣體的最低爆炸下限,如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中,以LEL方(fāng)式測量(liàng)這些(xiē)氣體的檢(jiǎn)測儀是我們常見的催化燃(rán)燒式檢測(cè)儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電(diàn)橋)檢測單(dān)元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗有(yǒu)催化燃燒物(wù)質,不論(lùn)何種易燃氣體,隻要它能夠被電極引燃(rán),鉑金絲電橋的電阻就會由於溫度變化發生改變,這種電(diàn)阻變化同(tóng)可燃氣體的濃度成(chéng)一定比例,通過儀器的電路係統和微處理機可(kě)以計算出可燃氣體的(de)濃度。直接測量可燃氣體的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測器也可(kě)以在市場上(shàng)得(dé)到,同時,也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為(wéi)一的檢測(cè)器。VOL可(kě)燃檢測(cè)器(qì)特別適(shì)合於在缺氧(氧氣不足)的(de)環境中測量可燃(rán)氣體的體積(VOL)濃度。
有毒氣體既可以存在於(yú)生產(chǎn)原料中,如大多數的有機化學物質(VOC),也(yě)可能存在於生(shēng)產過程(chéng)的各個環(huán)節的(de)副產品中,如氨、一氧化(huà)碳、硫化(huà)氫等等。它們是對(duì)工作人員造成危害最(zuì)大的危險因素。這(zhè)種危害不僅包括(kuò)立即的傷害,如身體不適、發病、死亡等等,而(ér)且包括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體的檢測是我們發展中國家應當開(kāi)始引起充分重視的問題。
隨氣體種類(lèi)不(bú)同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有(yǒu)一(yī)定的不同目前,對於特定的(de)有毒氣體的檢測,我們使用最多(duō)的是專(zhuān)用氣體傳感器。它可以包括(kuò)上麵。所列的所有氣體傳感器(qì),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(wéi)普遍、技(jì)術相(xiàng)對成熟、綜合指標最好的方法是定電位電解式方法,也就是我們常說的電化學傳感器。
電(diàn)化學傳感器(qì)的構成是(shì):將兩個反應(yīng)電極--工作電極和對電極(jí)以及一個參比電(diàn)極放置在特定電解液中(如上圖如示),然後在反應電極(jí)之間加(jiā)上足夠(gòu)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(qì)中的電路係統測(cè)量氣體(tǐ)電解(jiě)時產生的電(diàn)流,然後由其中的微處理器計算出氣體的濃度。
目前,可以檢測(cè)到特定氣體的電化學傳感器包(bāo)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(qì)、氰氫酸、環氧乙烷、氯(lǜ)化(huà)氫等等。檢測VOC檢測器可以使用(yòng)前章介紹的(de)光(guāng)離子化檢測器。氧氣也是在工業環境中,尤其是密(mì)閉環境中需要十(shí)分(fèn)注意因素。一般我們將氧氣(qì)含量超過23.5%稱為(wéi)氧氣過量(富氧(yǎng)),此時很容易發生爆炸的(de)危險;而氧氣含量(liàng)低於19.5%為氧氣不足(缺氧),此時很容易發生工人(rén)窒息、昏迷以至死(sǐ)亡的危險。正常的氧氣(qì)含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化學傳(chuán)感器的一種。
目前(qián)在選(xuǎn)擇有(yǒu)毒有害氣體檢測(cè)儀時的問題:在我(wǒ)國,由於曆史和認(rèn)識(shí)上的(de)原因,我們(men)在選用各類(lèi)檢測儀時存在的(de)問題還比較多,具體體現在:
1)對可燃氣(qì)體的檢測重於對有毒氣體的檢測。
2)對可(kě)能引起急性中毒氣體(tǐ)的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢(jiǎn)測。
由於眾多可燃氣體(tǐ)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(kě)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檢測儀。但僅配(pèi)備LEL檢測儀對於(yú)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,但是(shì),催化燃燒式的可燃氣(qì)體檢測儀(LEL)並不是對所有的可燃氣體檢測(cè)都是最佳選擇。它是(shì)專門為檢測甲(jiǎ)烷設計的,而對其它物質的檢測性能比較差(chà)。所(suǒ)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它們的允許(xǔ)濃度。
比如:對於苯、氨氣(qì)等危險有毒氣體,單純使用可燃氣(qì)體檢測儀就是一個十分危險的做法。比如(rú),苯的爆(bào)炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校正係數是2.51,也就是說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上的顯示的濃度隻是其實(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度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢(jiǎn)測儀(yí)上得到(dào)的警報濃度1.5*10-2也要比其允許(xǔ)濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根據所檢測氣體的不(bú)同,選擇特定(dìng)有(yǒu)毒(dú)氣體檢(jiǎn)測儀要比單純選擇LEL檢測儀更加(jiā)安全可靠得多。
另(lìng)外,目前我們對於可以引起急性中毒的氣體,比如硫化氫、氰氫酸等的檢(jiǎn)測較為重視,但對於可以引(yǐn)起慢性中毒的氣(qì)體,比如(rú)芳香烴、醇類等的(de)檢測重視不(bú)夠,其實後者對於工人健康和安全(quán)的危害絲毫不遜於可以引起急性中毒的氣(qì)體!它們可能引起(qǐ)癌變和其它的隱形病症,影(yǐng)響工人的壽命和健康。這(zhè)種現(xiàn)象的出現,除了認(rèn)識上的原因以外,以前市場上缺乏合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體檢測(cè)儀也是一個重要的(de)原(yuán)因。隨著科(kē)學技術水平的發展和(hé)人們健康(kāng)認識的提高,人們已經(jīng)不滿足於(yú)僅僅"高高(gāo)興興(xìng)上班(bān)來,平平安安(ān)回家去(qù)",而(ér)是(shì)追求著更高的生活質量和生活條件。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明天----退休以後的生活。