傳感(gǎn)器從原理(lǐ)上可以分為三大類:
A) 利用物理化學性(xìng)質的氣體傳感(gǎn)器:如半導體式(表麵控製型、體積控製(zhì)型、表麵電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
B) 利用物理性質的氣體傳感器:如熱傳導式、光幹涉式、紅外吸收(shōu)式等。
C) 利用電化學性質的氣體(tǐ)傳感(gǎn)器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質式等(děng)。
根據危害,我們將有毒有害氣(qì)體分為可燃氣體和有毒氣(qì)體兩大類。
由於它們性質和危害不同,其檢測手段也有所不同。
可燃氣體是石油(yóu)化工等工業場合遇到最多的危險氣體,它主要是烷烴等有機氣體和某些無機氣體:如一氧化碳等。可燃氣體發生爆炸必須具備一定的條件,那就是:一(yī)定濃度的可燃氣體,一(yī)定量的(de)氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們(men)的火源,這就是爆炸三要素(如上左圖所示的爆炸三角(jiǎo)形(xíng)),缺一不可,也就是說(shuō),缺少其中(zhōng)任何一個條件都(dōu)不會引起火災和爆炸。當(dāng)可(kě)燃氣體(蒸汽、粉塵)和氧氣混(hún)合並(bìng)達到一(yī)定濃度時,遇具(jù)有一定溫度的火源就會發生(shēng)爆炸。我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,這種混合物也不是在任何(hé)混合(hé)比例上都(dōu)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(tǐ)濃度(dù)不足)和其(qí)濃度高於UEL(最高爆炸限度)時(氧氣不足)都不會發生爆炸。不同的可(kě)燃氣體的LEL和UEL都各不相同(參見第八期的介紹),這一點在標定儀器時要十分注(zhù)意。為安全(quán)起見,一般我們應當在可燃氣體濃度在LEL的10%和20%時發出警報,這裏,10%LEL稱。作警告警報,而20%LEL稱作危險警報。這也就是我們將可燃氣體檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因(yīn)。
需要(yào)說(shuō)明的是,LEL檢測儀上顯示的100%不是可(kě)燃氣體(tǐ)的濃度達到氣體體積的100%,而(ér)是達到了(le)LEL的100%,即相當(dāng)於可燃氣體的最低爆炸(zhà)下限(xiàn),如果是甲烷,100%LEL=4%體積濃度(dù)(VOL).在工作中,以LEL方式測量這些(xiē)氣體的檢測(cè)儀是我們常(cháng)見的催化燃燒式檢測儀。它的原理是一個雙路(lù)電橋(一般稱作惠斯通(tōng)電橋)檢測(cè)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(zhǒng)易(yì)燃氣體,隻要它能夠被電極引燃(rán),鉑金絲電橋的電(diàn)阻就會由於溫度變化發生改變,這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比(bǐ)例(lì),通過儀器的電路係統(tǒng)和微處理機可以計算出(chū)可燃(rán)氣體的濃度。直(zhí)接測量(liàng)可燃(rán)氣體的(de)體積濃度的熱導式VOL檢測器也可以在市場上得到,同時(shí),也已經有了(le)LEL/VOL合二為一的檢測器(qì)。VOL可燃檢測器特別適合於在缺氧(氧氣不足(zú))的環境中測(cè)量(liàng)可燃氣體的體積(VOL)濃度。
有毒氣體既(jì)可以存在於生產原料中,如大(dà)多數的有機化學物質(VOC),也可(kě)能存(cún)在於生產過程(chéng)的各個環節的副產(chǎn)品中,如氨、一氧化碳、硫化氫等(děng)等。它(tā)們是對工作人員造成危(wēi)害最大的危險因素(sù)。這種危害不僅包(bāo)括立即的傷害,如身體不適、發病、死亡等等,而且包括對於人(rén)體長期的危害,如致殘、癌變等(děng)等。對於這些有(yǒu)毒有害氣體的檢測是我們發展中國家應當開始引起充分重(chóng)視(shì)的問題。
隨氣體種類不同,其TWA、STEL、IDLH、MAC等值會有一定的(de)不同目前,對於(yú)特定的有(yǒu)毒氣體的檢測(cè),我們使用最多的是專用氣體傳感器。它可以包括上麵。所列的所有氣體傳感器,也包括前兩章所介紹的光離子化(huà)檢測儀。其中(zhōng),檢測無機氣(qì)體最為普遍、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(jiù)是我(wǒ)們常說的電化(huà)學傳感器。
電化學傳感器的構成是(shì):將兩個(gè)反應電(diàn)極--工作電(diàn)極和對電極以(yǐ)及一個參比電極放置在(zài)特定(dìng)電解液中(如上圖如示),然後在反應電極之間加上足夠的(de)電壓(yā),使透過塗有重金屬催化劑薄膜的待測氣體進行氧化還原反應(yīng),再通過儀器中的電路係統測量氣體電解時產生的電流,然後由其(qí)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(diàn)化學傳感器包括:一氧化碳、硫化氫、二(èr)氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯(lǜ)氣(qì)、氰氫(qīng)酸、環氧乙烷、氯化氫等等。檢測(cè)VOC檢測器可以使用前章介紹的光離子化(huà)檢測器。氧氣也(yě)是在工業環境中,尤其是密閉(bì)環境中需要十分注意因素。一般我(wǒ)們將氧氣含量超過23.5%稱(chēng)為氧氣過量(liàng)(富氧),此(cǐ)時很容易發生爆炸的危險;而氧氣含量低於19.5%為氧(yǎng)氣(qì)不足(缺氧),此時很容易發生工人窒息、昏迷以至死亡的危險。正常的氧氣含量應當在20.9%左右。氧氣檢測儀也是電化學(xué)傳感器的一種。
目(mù)前在選擇有毒(dú)有害氣體檢測儀時(shí)的問題:在我國,由於曆(lì)史和認識上(shàng)的原因,我們在選用各類檢測儀時(shí)存(cún)在的問題還比較多,具體體現在(zài):
1)對可燃氣體的檢測重於對有毒(dú)氣體的檢測。
2)對(duì)可能引起急性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(duō)可燃氣體泄漏所引起的爆炸事故的血的教訓,使人們對於可燃(rán)氣(qì)體檢測十(shí)分(fèn)重(chóng)視,可(kě)以講,任何一個石化、化工廠,絕大(dà)多數的危險氣體檢測儀都是LEL檢測儀。但僅配備LEL檢測儀對於真正(zhèng)保護工人的安全和健康還是遠(yuǎn)遠不夠的。不可否認(rèn)的是,大多數的揮發性危險氣體都是可燃氣體,但是,催化燃燒式的可燃(rán)氣體檢測(cè)儀(LEL)並不是對所有的可燃氣體檢測都是最佳選擇。它是專門(mén)為檢測甲烷設計的,而(ér)對其它物質的檢測性(xìng)能比較差。所以,它們可以檢測(cè)出的除甲烷以(yǐ)外的可燃氣體的下限濃度要(yào)遠遠高於它們(men)的允許濃度。
比如:對於苯、氨氣等危險有毒氣體,單純使用可燃(rán)氣體檢測儀就是一(yī)個十(shí)分危險的做法。比如(rú),苯的爆炸下限是1.2%,它在LEL檢(jiǎn)測儀上的校正係數是2.51,也就是(shì)說,苯在一個用甲烷標定的LEL檢測儀上的顯示的濃度隻是其實際濃(nóng)度的40%!!這樣(yàng),用LEL可以檢測到的苯的最低警報(bào)濃度(dù)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相比要高近(jìn)600倍!!。同樣,氨在LEL檢測儀上得到(dào)的警報濃度1.5*10-2也要比其允許(xǔ)濃度2.5*10-5高大約600倍。因此根(gēn)據所(suǒ)檢測氣(qì)體的不同,選擇特定有毒氣體檢測儀要比單純選(xuǎn)擇LEL檢測(cè)儀更(gèng)加安全可靠得多。
另外,目前我們對於可以引起急性中毒(dú)的氣體,比(bǐ)如硫化氫、氰氫酸等的檢測較為重視(shì),但(dàn)對於可以引起慢性中毒的氣體,比如芳香烴、醇類等(děng)的檢測重視不夠,其實後者對於工人健康和(hé)安全的危害絲毫不遜於可以引起急性中毒的氣體!它們可能引(yǐn)起癌變和其它的隱形病症,影響工人的壽命和健康。這種現象的出現,除了認識上的原因以外,以前市(shì)場上缺乏合適(shì)的、可以檢(jiǎn)測較(jiào)低濃度的有機(jī)氣體檢測儀也是一個重要(yào)的原因。隨著科學技術水平的發展和人們健(jiàn)康認識的提(tí)高,人們已經不滿足於僅僅"高高興興上班來(lái),平平安安(ān)回家(jiā)去",而(ér)是追求著(zhe)更高的生活質量和生活條件。人們不僅關心著今日的工作,更關心著明(míng)天(tiān)----退休以後的生活。