傳感器從原理上可以分(fèn)為三(sān)大類:
A) 利用物理化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(miàn)電位型)、催化燃燒式(shì)、固體熱導式等。
B) 利用物理性質的氣體傳感器:如熱傳導式(shì)、光幹涉式(shì)、紅外吸收(shōu)式(shì)等。
C) 利用電(diàn)化學(xué)性質的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜(mó)離子電極式、固定電解質式等。
根據危害,我們將(jiāng)有毒有害(hài)氣(qì)體分為可燃氣體(tǐ)和(hé)有毒氣體兩大類。
由於它們性質和危害不同(tóng),其檢測手段也有所(suǒ)不(bú)同。
可燃氣體(tǐ)是石油化工等工業場合(hé)遇到最多的危險氣體,它(tā)主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體(tǐ):如一氧化碳等。可燃氣(qì)體發生爆炸必須具備一定的條件(jiàn),那就是(shì):一定濃度的可燃氣體,一定(dìng)量的氧氣(qì)以及足夠熱量點燃它們的火源,這就是爆炸三(sān)要素(如上左圖(tú)所示的爆炸三角形),缺(quē)一不可,也就是說,缺少其(qí)中任何一個條件都不會引起火(huǒ)災和爆炸。當(dāng)可燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混合並達到一定濃度(dù)時,遇具有一定溫度的火源就會發(fā)生爆(bào)炸。我(wǒ)們把可燃氣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,一般用%表示。實際(jì)上,這種混合(hé)物也不是在任何混合(hé)比例(lì)上都會發生爆炸而要有一個濃度範圍。
當可燃氣體濃度低於LEL(最低爆炸限度)時(可燃氣體濃度不足)和其濃度高於UEL(最高爆炸限(xiàn)度)時(氧氣不足)都(dōu)不會發生爆炸。不同的可燃氣體的LEL和UEL都(dōu)各(gè)不相同(tóng)(參見第八期的介紹),這一點在標定儀(yí)器時要十分注意。為(wéi)安(ān)全起見,一般我(wǒ)們應當在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警(jǐng)報,這裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將(jiāng)可燃氣體檢測儀(yí)又稱作LEL檢(jiǎn)測儀的原因。
需(xū)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積的(de)100%,而是達到了LEL的100%,即相當於可(kě)燃氣體的最(zuì)低爆炸下限(xiàn),如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(VOL).在工作中(zhōng),以LEL方式(shì)測量這些氣體的檢測儀是我們(men)常見的催化(huà)燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路電橋(一般稱作惠(huì)斯通電橋)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,不論何種易燃氣體,隻要(yào)它能夠被電極引燃,鉑金絲電橋的(de)電阻就會由於溫度變化發生改變,這種電(diàn)阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例,通過儀器的電路(lù)係統和微處理機可以計算出可燃氣體的濃度。直接測量可燃氣體的體積濃度的熱導式(shì)VOL檢測器也可以在市場上得到,同時,也已經有了LEL/VOL合(hé)二為一的檢測器。VOL可燃檢測器特別適合於在缺氧(yǎng)(氧氣不足)的環境中測量可燃氣體的體積(VOL)濃度。
有毒氣體(tǐ)既可以存在(zài)於生產原(yuán)料中,如大多數的有機化(huà)學物(wù)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。它們是對工作人員造成危害最大(dà)的危險因素。這種危害不(bú)僅(jǐn)包括立即的傷害,如身體不適、發病、死亡等等,而且包括對於人體長期的危害,如致殘、癌變等等。對於(yú)這些有毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起(qǐ)充分重視(shì)的問題。
隨氣體種類(lèi)不同,其(qí)TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的不同目前,對於(yú)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。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器(qì),也包括前兩章(zhāng)所介(jiè)紹的光離子化(huà)檢測儀。其中(zhōng),檢測無機氣(qì)體(tǐ)最為普遍、技術相(xiàng)對成熟、綜(zōng)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(qì)。
電化學傳感器的構成是:將兩個反應(yīng)電極--工作電極和對電極以及一個參比電極放置在(zài)特定電解液中(如上(shàng)圖如示),然後在反應電極之間加上足夠的電壓,使透過塗有(yǒu)重金屬催化(huà)劑薄膜的待測氣體進行氧化還(hái)原反應,再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(yóu)其中的微處理器計算出氣體的濃度。
目前,可以檢測到特定氣(qì)體的電化學傳感器包括:一氧化碳、硫(liú)化氫、二氧化硫(liú)、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環氧乙烷、氯(lǜ)化氫等等。檢測VOC檢測器可以使用前(qián)章介紹的光離子化檢測器(qì)。氧氣也是(shì)在工業環境中,尤其是密閉(bì)環境中需要(yào)十分注意(yì)因素。一(yī)般我們將(jiāng)氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量(liàng)(富氧),此時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低(dī)於19.5%為氧(yǎng)氣不足(缺氧(yǎng)),此時很容易(yì)發生工人窒(zhì)息、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應(yīng)當在20.9%左右。氧氣檢測儀(yí)也是電化學傳(chuán)感器的一種。
目前在選擇有毒有害氣體檢(jiǎn)測儀時的問題:在我國,由於曆史和認識上的原因,我們在選用各類檢測(cè)儀時存在的問題還比較多,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)對可能引起急性(xìng)中毒氣體(tǐ)的檢測重於(yú)對(duì)可能引起慢性中毒的氣體的檢(jiǎn)測。
由於(yú)眾多(duō)可燃氣體泄漏所引起的爆(bào)炸事故的血的(de)教訓,使人們(men)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(shù)的危險氣體檢測(cè)儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀(yí)對於真正保護工人的安全和(hé)健(jiàn)康還是遠遠不夠的。不可否認的是,大(dà)多數的揮發(fā)性危(wēi)險氣體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃氣體檢測儀(LEL)並不是(shì)對(duì)所有的可燃氣體檢(jiǎn)測都是最佳選擇。它是專門為檢測甲烷設計的(de),而對其它物質(zhì)的檢測性能比較差。所以,它們可以檢測出的除甲烷以外的(de)可燃氣體的(de)下限濃度要(yào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高於它們的允許(xǔ)濃(nóng)度。
比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純使用可燃氣體檢測儀就是一個十分危險的做法。比如,苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢測儀上(shàng)的校正係數是2.51,也(yě)就是說,苯在一個用甲烷標定(dìng)的LEL檢(jiǎn)測儀上的顯示的濃度隻是其實際濃度的40%!!這樣,用LEL可以檢測到的苯的最低警報濃(nóng)度是10%LEL=10%*1.2%*2.51=3.0*10-3,這個濃度同苯的允(yǔn)許濃度5*10-6相比要高近600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到(dào)的(de)警報濃度1.5*10-2也要比其允許濃度2.5*10-5高大約600倍。因(yīn)此根據所檢測(cè)氣體的不同(tóng),選擇特定有(yǒu)毒氣體檢測儀要比單純選擇LEL檢測儀(yí)更加安全可靠得多。
另外,目前我們對於可以引(yǐn)起急性中毒的氣體,比如硫化氫、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(lèi)等的(de)檢測重視不夠,其實後(hòu)者對於工人健(jiàn)康和安全(quán)的危害絲毫不遜於可以引起(qǐ)急性中(zhōng)毒的氣體!它們可能引起癌變和其(qí)它的隱(yǐn)形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的(de)出現,除了認識上的(de)原(yuán)因以外,以前市場(chǎng)上缺乏合適的、可以檢測較低濃度的有機氣體檢測儀也是一個重要的原因。隨著科(kē)學技術水平的發展(zhǎn)和人們健康認識的(de)提高,人們已經不滿足於僅僅(jǐn)"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。人們(men)不僅關心著(zhe)今日的工作,更關心著明天----退休以(yǐ)後的生活。