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有毒有害氣體檢測(cè)儀的分類和原理
有毒有害氣體檢測(cè)儀的分類和原理
有毒有害氣體檢測(cè)儀的分類和原理： 氣體檢測(cè)儀的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。
氣體傳感器從原理上可以分為三大類：
A） 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。
B） 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。
C） 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。
可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場(chǎng)合遇到*多的危險(xiǎn)氣體，它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某些無(wú)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，缺一不可，也就是說(shuō)，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(jiǎn)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。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL（*低爆炸限度）時(shí)（可燃?xì)怏w濃度不足）和其濃度高于UEL（**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（參見第八期的介紹），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10%和20%時(shí)發(fā)出警報(bào)，這里，10%LEL稱。作警告警報(bào)，而20%LEL稱作危險(xiǎn)警報(bào)。這也就是我們將可燃?xì)怏w檢測(cè)儀又稱作LEL檢測(cè)儀的原因。
需要說(shuō)明的是，LEL檢測(cè)儀上顯示的100%不是可燃?xì)怏w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方式測(cè)量這些氣體的檢測(cè)儀是我們常見的催化燃燒式檢測(cè)儀。它的原理是一個(gè)雙路電橋（一般稱作惠斯通電橋）檢測(cè)單元。在這其中的一個(gè)鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì)，不論何種易燃?xì)怏w，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會(huì)由于溫度變化發(fā)生改變，這種電阻變化同可燃?xì)怏w的濃度成一定比例，通過儀器的電路系統(tǒng)和微處理機(jī)可以計(jì)算出可燃?xì)怏w的濃度。直接測(cè)量可燃?xì)怏w的體積濃度的熱導(dǎo)式VOL檢測(cè)器也可以在市場(chǎng)上得到，同時(shí)，也已經(jīng)有了LEL/VOL合二為一的檢測(cè)器。VOL可燃檢測(cè)器特別適合于在缺氧（氧氣不足）的環(huán)境中測(cè)量可燃?xì)怏w的體積（VOL）濃度。
有毒氣體既可以存在于生產(chǎn)原料中，如大多數(shù)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)（VOC），也可能存在于生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品中，如氨、一氧化碳、硫化氫等等。它們是對(duì)工作人員造成危害*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(fā)病、死亡等等，而且包括對(duì)于人體長(zhǎng)期的危害，如致殘、癌變等等。對(duì)于這些有毒有害氣體的檢測(cè)是我們發(fā)展中國(guó)家應(yīng)當(dāng)開始引起充分重視的問題。
下表為常見有毒有害氣體的TWA（8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值）、STEL（15分鐘短期暴露水平）、IDLH（立即致死量）（ppm）和MAC（車間大允許濃度）mg/m3。
有毒氣體 | TWA | STEL | IDLH | MAC |
氨氣(NH3) | 20 | 35 | 500 | 30 |
一氧化碳(CO) | 25 | —— | 1500 | 30 |
氯氣(Cl2) | 0.5 | 1 | 30 | 1 |
氰化氫(HCN) | 10 | 4.7 | 50 | 0.3 |
硫化氫(H2S) | 10 | 15 | 300 | 10 |
一氧化氮(NO) | 25 | —— | 100 | —— |
二氧化硫(SO2) | 2 | 5 | 100 | 15 |
VOC | 500 | 100 | —— | —— |
隨氣體種類不同，其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會(huì)有一定的不同目前，對(duì)于特定的有毒氣體的檢測(cè)，我們使用*多的是氣體傳感器。它可以包括上面。所列的所有氣體傳感器，也包括前兩章所介紹的光離子化檢測(cè)儀。其中，檢測(cè)無(wú)機(jī)氣體*為普遍、技術(shù)相對(duì)成熟、綜合指標(biāo)*好的方法是定電位電解式方法，也就是我們常說(shuō)的電化學(xué)傳感器。
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(cè)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(cè)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，可以檢測(cè)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。檢測(cè)VOC檢測(cè) 器可以使用前章介紹的光離子化檢測(cè)器。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(cè)儀也是電化學(xué)傳感器的一種。