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氣體傳感器原理 |
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氣體傳感器原理
氣體傳感器從原理上可以分為三大類：
1、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。
2、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。
3、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。
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。
1. 可燃?xì)怏w 可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場合遇到最多的危險(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)?體濃度低于lel（最低爆炸限度）時(shí)（可燃?xì)怏w濃度不足）和其濃度高于uel（最高爆炸限度）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。 為安全起見，一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在lel的25%或以下和50%時(shí)發(fā)出警報(bào)，這里，25%lel稱作低限報(bào)警，而50%le l稱作高限報(bào)警。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 氣體的濃度達(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的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%lel=5%體積 濃度（vol）。 檢測可燃性氣體可使用半導(dǎo)體、催化燃燒式（抗中毒型）、熱傳導(dǎo)式和紅外式傳感器。
2.有毒氣體的檢測 目前，對(duì)于特定的有毒氣體的檢測，我們使用最多的是專用氣體傳感器。 檢測毒氣的傳感器主要有半導(dǎo)體式，電化學(xué)式和電解電池式三種。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 半導(dǎo)體式傳感器的靈敏度高，分辨率低。此種原理的傳感器幾乎已被淘汰，用戶在選用此種傳感器時(shí)要極為慎重。 電解電池式傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng) 勢，測量電動(dòng)勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán) 保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。如測量h2s的yst-au-wo3、測量nh3的nh+4caco3等。 電化學(xué)式傳感器是目前被廣泛應(yīng)用的檢測毒氣的傳感器。它利用氧化還原反應(yīng)，通過不同的電解質(zhì)可檢測幾十種有毒氣體。根 據(jù)電解質(zhì)的質(zhì)量，其壽命一般為2~4年。 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（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(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，電化學(xué)傳感器是被廣泛應(yīng)用的檢測無機(jī)有毒氣體的傳感器，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.
3. 揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測 對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測還有一種光離子化檢測器（photo-ionization detector 簡稱pid），它可以測量低至ppm（并萬分 之一）的有機(jī)有毒氣體和蒸氣濃度。pid 可以檢測大多數(shù)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compound ，簡稱voc） ， 簡單地講，pid可以測量含碳數(shù)從1（比如，ch2cl2）一直到10（比如萘）的揮發(fā)性有機(jī)化合物。 pid可用于各類使用、生產(chǎn)、 存儲(chǔ)、運(yùn)輸各類有機(jī)化合物企業(yè)的安全衛(wèi)生。同時(shí)，它也可以用于環(huán)保行業(yè)的應(yīng)急事故、工業(yè)衛(wèi)生咨詢、公安檢查、防化等等 各個(gè)領(lǐng)域。
4.氧氣檢測儀 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。氧氣檢測儀也是電化學(xué)傳感器的一種
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