傳感器從原理上可以分為三大類:
A) 利(lì)用物理化學性質的氣體傳感器:如半(bàn)導體式(表麵控製型、體積控製型、表麵(miàn)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(shì)等。
C) 利用電化學性質的氣體傳感器:如定電位(wèi)電解式、迦(jiā)伐尼電池式、隔(gé)膜離子電極式、固定電解質式等。
根據危害,我們將有毒有(yǒu)害氣體分為可燃氣體(tǐ)和有毒氣體兩大類。
由於它們性質和(hé)危害(hài)不(bú)同,其檢測(cè)手段也有所不同。
可燃氣體是石油化工等工業(yè)場合遇到最多的危(wēi)險氣體,它主要(yào)是烷(wán)烴等有機氣體和某些無機氣體(tǐ):如一氧化碳等。可(kě)燃氣體發生爆炸(zhà)必(bì)須具備一定的條件,那就是:一定濃(nóng)度的可燃氣體,一定量的氧氣以及足夠熱量點燃它們的(de)火源(yuán),這就是爆炸三要素(sù)(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)條件都不會引起火災和爆炸。當可(kě)燃(rán)氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一(yī)定濃度時,遇具有一定溫度的火源就(jiù)會發生爆炸。我(wǒ)們把可燃氣體遇(yù)火源發生爆炸的(de)濃度稱為爆炸濃度極(jí)限,簡稱爆炸極限,一般用%表示。實際上,這種混(hún)合物也不(bú)是在任何混合比例上都會(huì)發生爆炸而要有一個濃度範圍。
當可燃氣體(tǐ)濃度低於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(huì)發生(shēng)爆炸。不同的可燃氣體的(de)LEL和UEL都(dōu)各(gè)不相同(參見第八(bā)期的介紹),這一點在標定儀器時要十(shí)分注意。為安(ān)全(quán)起見,一般我們應當在可燃氣體濃度在LEL的(de)10%和20%時發出警報(bào),這(zhè)裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱(chēng)作危險警報。這也就是(shì)我們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原(yuán)因。
需要說明的是,LEL檢測(cè)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(shì)甲烷(wán),100%LEL=4%體積濃度(dù)(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些氣體的檢測儀(yí)是我們常見(jiàn)的催化燃燒式檢(jiǎn)測儀。它(tā)的原(yuán)理是一個雙路電橋(一般稱作惠斯通電橋(qiáo))檢測單元。在這其中的一個鉑金絲電橋上塗有催化燃燒物質,不(bú)論何種易燃氣(qì)體(tǐ),隻要它能(néng)夠被電極引燃(rán),鉑金絲電(diàn)橋的(de)電阻就會由於溫度變(biàn)化發生改變(biàn),這種電(diàn)阻變化同可燃氣體的(de)濃度成一定比例,通過儀器的電路係(xì)統和微處理機可以計算(suàn)出可燃氣體(tǐ)的濃度。直(zhí)接測量可燃氣體的體積濃度的熱導式VOL檢測器(qì)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(yú)在缺氧(氧(yǎng)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(yú)生產原料中,如大多數(shù)的(de)有(yǒu)機化學物質(VOC),也可能存在於生產過程的各個環節(jiē)的副產品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對工作人員造成危害(hài)最大的危險因素。這種危害不僅包括立即的傷害,如(rú)身體(tǐ)不適、發病、死亡等等,而且包括對於人體(tǐ)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(wǒ)們發展中國家應當開始(shǐ)引起充分重視的問題。
隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同目前(qián),對於(yú)特定的有毒氣體的檢測(cè),我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以(yǐ)包括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包括前兩章所(suǒ)介紹的光(guāng)離子化檢測儀。其中,檢測無機氣體最為普(pǔ)遍、技術相對成熟、綜合指標最好的方法是定電位電解式方法,也就是我們(men)常說的電化學傳感器。
電化學傳感器的構成是:將(jiāng)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(rán)後在反應電極之間加上足夠(gòu)的電壓,使(shǐ)透過塗有重金屬催化劑薄膜的待測氣(qì)體進行氧化還原反應,再(zài)通過儀器中的電路係統測量氣體電解時(shí)產生的電流,然後由其中(zhōng)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(de)電化學傳感器(qì)包括:一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧(yǎng)化氮(dàn)、氨氣、氯氣、氰(qíng)氫酸、環氧乙烷、氯化氫(qīng)等(děng)等。檢測(cè)VOC檢測器可(kě)以使(shǐ)用前章介紹的光離子化檢測器。氧氣(qì)也是在工業環境中,尤其是密閉環境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量(liàng)超(chāo)過23.5%稱為氧氣過量(富氧),此時很容易發生爆炸的危險;而氧(yǎng)氣含量低於19.5%為氧氣(qì)不足(缺氧),此(cǐ)時很容易發生工人窒息、昏迷以至死亡的(de)危險。正常的氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是(shì)電化學(xué)傳感器的一種。
目前在選擇有(yǒu)毒有害氣體檢測儀時的問題:在我國,由於曆(lì)史和認識上的原因,我們在選用各類檢測儀時存在(zài)的(de)問題還比較多,具體體(tǐ)現在:
1)對可燃氣體的檢測重於對有(yǒu)毒氣體的檢測。
2)對可能引起急性(xìng)中毒氣體的檢測重於對可能引起慢性中毒的氣體的檢測。
由於眾多可燃(rán)氣體(tǐ)泄漏所引起的爆炸事故(gù)的血的教訓,使人們對於可(kě)燃(rán)氣體檢測十(shí)分重(chóng)視,可以講,任何一個(gè)石化(huà)、化工廠,絕大多數的危險(xiǎn)氣體檢測儀都是(shì)LEL檢(jiǎn)測儀。但僅配備LEL檢測(cè)儀對(duì)於真正保護工人的安全和健康還是遠遠不夠的。不可否(fǒu)認的是,大多數的揮發性(xìng)危險氣體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃氣(qì)體(tǐ)檢測儀(LEL)並不是對(duì)所有的可燃氣體檢測(cè)都是最佳選擇。它(tā)是專門為檢測甲烷設計的(de),而對其它物質的檢測性能比較差(chà)。所以,它們可以檢測出的(de)除甲烷(wán)以外的可燃氣體的下限濃度要遠遠(yuǎn)高於它們的允許濃度。
比如:對於苯、氨(ān)氣等危險有毒氣(qì)體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分(fèn)危(wēi)險的(de)做法。比如,苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上的校(xiào)正係數是(shì)2.51,也就是說,苯在一個用甲烷(wán)標定的LEL檢測儀上的顯示的濃度隻是其(qí)實(shí)際濃度的40%!!這樣,用LEL可(kě)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(xiàng)比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測(cè)儀上得到的警報濃度(dù)1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高(gāo)大約(yuē)600倍。因此根據所檢測氣體的(de)不同,選擇特定有毒氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀(yí)更(gèng)加安全(quán)可靠得多。
另外,目前我們對於可以(yǐ)引起急性中毒的氣(qì)體,比如硫化氫(qīng)、氰氫酸等的檢測較為重視,但對於可以引起慢性中毒的氣體,比如芳香烴、醇類等的檢測重視不夠,其實後(hòu)者對於工人健(jiàn)康和安全的(de)危害(hài)絲毫不遜於可以引起急性中毒的氣體!它們可能引起癌(ái)變和其它的隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象(xiàng)的出現,除了認識上的原因以外,以前市場上缺乏合適(shì)的、可以檢測較低(dī)濃度的有機(jī)氣體檢測儀也是一個重(chóng)要的原因。隨著科學技術水平的發展和人們健(jiàn)康認識的提高,人們已經(jīng)不滿足於僅僅"高高興興上班來,平平安安回家去",而是追求著更高的生活質量和生活條件(jiàn)。人們不僅關心著今(jīn)日的工作(zuò),更關心著明天----退休以後的生活。