氣體檢測(cè)儀常用知識(shí)
文章出處：http://www.han-ling.com.cn/責(zé)任編輯：消防檢測(cè)儀器設(shè)備人氣：682發(fā)表時(shí)間：2020-08-16 06:49:06
氣體檢測(cè)儀是一種氣體泄露濃度檢測(cè)的儀器儀表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測(cè)儀。主要利用氣體傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體的成份和含量的傳感器。一般認(rèn)為，氣體傳感器的定義是以檢測(cè)目標(biāo)為分類基礎(chǔ)的，也就是說(shuō)，凡是用于檢測(cè)氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學(xué)方法。比如，檢測(cè)氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導(dǎo)式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時(shí)使用大體一致的檢測(cè)原理。
早在上個(gè)世紀(jì)70年代，氣體傳感器就已經(jīng)成為傳感器領(lǐng)域的一個(gè)大系，屬于化學(xué)傳感器的一個(gè)分支。
目前流行于市場(chǎng)的氣體傳感器大約有如下一些種類：
1、半導(dǎo)體式氣體傳感器
它是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料，在一定溫度下，電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時(shí)，電阻會(huì)急劇減小的原理制備的。
半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測(cè)。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測(cè)的需求。
下列幾種半導(dǎo)體式氣體傳感器是成功的：甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類，肼類)。高質(zhì)量的傳感器可以滿足工業(yè)檢測(cè)的需要。
缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大;尤其，每一種傳感器的選擇性都不是唯一的，輸出參數(shù)也不能確定。因此，不宜應(yīng)用于計(jì)量準(zhǔn)確要求的場(chǎng)所。
目前這種傳感器的主要供應(yīng)商在日本(發(fā)明者)，其次是中國(guó)，最近有新加入了韓國(guó)，其他國(guó)家如美國(guó)在這方面也有相當(dāng)?shù)墓ぷ?，但是始終沒(méi)有匯入主流!中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域投入的人力和時(shí)間都不亞于日本，但是由于多年來(lái)國(guó)家政策導(dǎo)向以及社會(huì)信息閉塞等原因，我國(guó)流行于市場(chǎng)的半導(dǎo)體式氣體傳感器性能質(zhì)量都遠(yuǎn)遜于日本產(chǎn)品，相信，隨著市場(chǎng)進(jìn)步，民營(yíng)資本的進(jìn)一步興起，中國(guó)產(chǎn)的半導(dǎo)體式氣體傳感器達(dá)到和超越日本水平已經(jīng)指日可待
2、催化燃燒式氣體傳感器
這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。
催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測(cè)可燃性氣體：凡是可以燃燒的，都能夠檢測(cè);凡是不能燃燒的，傳感器都沒(méi)有任何響應(yīng)。當(dāng)然，『凡是可以燃燒的，都能夠檢測(cè)』這一句有很多例外，但是，總的來(lái)講，上述選擇性是成立的。
催化燃燒式氣體傳感器計(jì)量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，壽命較長(zhǎng)。傳感器的輸出與環(huán)境的爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān)，在安全檢測(cè)領(lǐng)域是一類主導(dǎo)地位的傳感器。
缺點(diǎn)：在可燃性氣體范圍內(nèi)，無(wú)選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用。
目前這種傳感器的主要供應(yīng)商在中國(guó)、日本、英國(guó)(發(fā)明國(guó))!目前中國(guó)是這種傳感器的最大用戶(煤礦)，也擁有最佳的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會(huì)對(duì)這種傳感器的認(rèn)識(shí)，但是畢竟，催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商在國(guó)內(nèi)。
3、熱導(dǎo)池式氣體傳感器
每一種氣體，都有自己特定的熱導(dǎo)率，當(dāng)兩個(gè)和多個(gè)氣體的熱導(dǎo)率差別較大時(shí)，可以利用熱導(dǎo)元件，分辨其中一個(gè)組分的含量。這種傳感器已經(jīng)傳感器地用于氫氣的檢測(cè)、二氧化碳的檢測(cè)、高濃度甲烷的檢測(cè)。
這種氣體傳感器可應(yīng)用范圍較窄，限制因素較多。
這是一種老式產(chǎn)品，全世界各地都有制造商。產(chǎn)品質(zhì)量全世界大同小異。
4、電化學(xué)式氣體傳感器
它相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)氣體傳感器分很多子類：
(1)、原電池型氣體傳感器(也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器)，他們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過(guò)電流表流到陽(yáng)極，在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等。
(2)、恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測(cè)還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的，是一種真正的庫(kù)侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測(cè)之中，是目前有毒有害氣體檢測(cè)的主流傳感器。
(3)、濃差電池型氣體傳感器，具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè)，會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實(shí)例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。
(4)、極限電流型氣體傳感器，有一種測(cè)量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關(guān)的原理制備氧(氣)濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測(cè)，和鋼水中氧濃度檢測(cè)。
目前這種傳感器的主要供應(yīng)商遍布全世界，主要在德國(guó)、日本、美國(guó)，最近新加入幾個(gè)歐洲供應(yīng)商：英國(guó)、瑞士等。中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域起步很早，但是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程效果不佳。
5、紅外線氣體傳感器
大部分的氣體在中紅外區(qū)都有特征吸收峰，檢測(cè)特征吸收峰位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。
這種傳感器過(guò)去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨著以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的傳感器工業(yè)的發(fā)展，這種傳感器的體積已經(jīng)由10升，45公斤的巨無(wú)霸，減小到2毫升(拇指大小)左右。使用無(wú)需調(diào)制光源的紅外探測(cè)器使得儀器完全沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，完全實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化。
紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準(zhǔn)確測(cè)定氣體濃度。
這種傳感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的檢測(cè)。
目前這種“傳感器”的供應(yīng)商在歐洲!中國(guó)在這一領(lǐng)域目前是“半”空白!
6、磁性氧氣傳感器
這是磁性氧氣分析儀的核心，但是目前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傳感器化”進(jìn)程。
它是利用空氣中的氧氣可以被強(qiáng)磁場(chǎng)吸引的原理制備的。
這種傳感器只能用于氧氣的檢測(cè)，選擇性極好。大氣環(huán)境中只有氮氧化物能夠產(chǎn)生微小的影響，但是由于這些干擾氣體的含量往往很少，所以，磁氧分析技術(shù)的選擇性幾乎是唯一的!
老牌工業(yè)產(chǎn)品，全世界各地都有制造商。(當(dāng)然我說(shuō)的是作為一次儀表的氧氣分析儀，它在一定范圍內(nèi)可以被看作傳感器。而以純粹傳感器形式生產(chǎn)的這種產(chǎn)品，是最近的事情。)
7、其他
近年來(lái)，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，氣體傳感器技術(shù)也在不斷發(fā)生著相應(yīng)的革命。氣體傳感器的種類也在隨著增添新丁。
但是，有些傳感器是否應(yīng)該列在氣體傳感器名下頗有爭(zhēng)議，比如：PID檢測(cè)器，盡管也是用于氣體的檢測(cè)，盡管體積一樣小巧，但是，由于不能真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化，因此，這種裝備，無(wú)論體積有多小，都應(yīng)該列在“檢測(cè)儀器”的名下。
8.檢測(cè)儀中的0-100% LEL與0-n PPM
(1)“LEL"是指爆炸下限。 可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限—簡(jiǎn)稱%LEL。英文：LowerExplosion Limited。 可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度，稱為爆炸上限—簡(jiǎn)稱%UEL。英文：UpperExplosion Limited。 那么什么是爆炸下限?可燃性氣體的濃度過(guò)低或過(guò)高它是沒(méi)有危險(xiǎn)的，它只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說(shuō)遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。燃燒是伴有發(fā)光發(fā)熱的激烈氧化反應(yīng)，它必須具備三個(gè)要素：a、可燃物(燃?xì)?;b、助燃物(氧氣);c、點(diǎn)火源(溫度)。可燃?xì)獾娜紵梢苑譃閮深?，一類是擴(kuò)散燃燒，即揮發(fā)的或從設(shè)備中噴出、泄漏的可燃?xì)?，遇到點(diǎn)火源混合燃燒。另一類燃燒，是可燃?xì)馀c空氣混合著火燃燒，這種燃燒反應(yīng)激烈而速度快，一般會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。燃燒與爆炸沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分。有關(guān)權(quán)威部門和專家已經(jīng)對(duì)目前發(fā)現(xiàn)的可燃?xì)庾髁巳紵ǚ治?，制定出了可燃性氣體的爆炸極限，它分為爆炸上限(英文upper explodelimit的簡(jiǎn)寫UEL)和爆炸下限(英文lower explodelimit的簡(jiǎn)寫LEL)。低于爆炸下限，混合氣中的可燃?xì)獾暮坎蛔?，不能引起燃燒或爆炸，高于上限混合氣中的氧氣的含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。另外，可燃?xì)獾娜紵c爆炸還與氣體的壓力、溫度、點(diǎn)火能量等因素有關(guān)。爆炸極限一般用體積百分比濃度表示。爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃?xì)怏w在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會(huì)發(fā)生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在進(jìn)行爆炸測(cè)量時(shí)，報(bào)警濃度一般設(shè)定在爆炸下限的25%LEL以下。各種可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的測(cè)量范圍為0-100%LEL。固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的通常設(shè)有二個(gè)報(bào)警點(diǎn)(與報(bào)警主機(jī)的型號(hào)有關(guān))：10%LEL為一級(jí)報(bào)警，25%LEL為二級(jí)報(bào)警。便攜式可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的通常設(shè)有一個(gè)報(bào)警點(diǎn)：25%LEL為報(bào)警點(diǎn)。舉例說(shuō)明，甲烷的爆炸下限為5%體積比，那也就是說(shuō)，把這個(gè)5%體積比，一百等分，讓5%體積比對(duì)應(yīng)100%LEL，也就是說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)儀數(shù)值到達(dá)10%LEL報(bào)警點(diǎn)時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)甲烷的含量為0.5%體積比。當(dāng)檢測(cè)儀數(shù)值到達(dá)25%LEL報(bào)警點(diǎn)時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)甲烷的含量為1.25%體積比。所以，您不必?fù)?dān)心報(bào)警后是不是隨時(shí)有危險(xiǎn)了，此時(shí)是在提示您，要馬上采取相應(yīng)的措施啦，比如開啟排氣扇或是切斷一些閥門等，離真正有可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的爆炸下限還有很大一段差距，這樣才會(huì)起到報(bào)警提示的作用。
(2)ppm是體積比濃度：Parts per million 。
ppm是溶液濃度(溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù))的一種表示方法，ppm表示百萬(wàn)分之一。
對(duì)于溶液：即1升水溶液中有1/1000毫升的溶質(zhì)，則其濃度(溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù))為1ppm。
對(duì)于氣體：對(duì)環(huán)境大氣(空氣)中污染物濃度的表示方法之一。
體積濃度表示法：一百萬(wàn)體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即ppm
大部分氣體檢測(cè)儀器測(cè)得的氣體濃度都是體積濃度(ppm)。而按我國(guó)規(guī)定，特別是環(huán)保部門，則要求氣體濃度以質(zhì)量濃度的單位(如：mg/m3)表示，我們國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也都是采用質(zhì)量濃度單位(如：mg/m3;)表示。
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