有毒氣體檢測工作技術(shù)應(yīng)用

1、有毒氣體檢測工作技術(shù)應(yīng)用常見的有毒氣體有毒氣體一氧化碳二氧化碳氮氧化物 二氧化硫有毒氣體檢測發(fā)展史-井下施工一氧化碳是礦工們關(guān)心的重要危險之一，由于缺乏警報特性常常會使工人在不知不覺中處于極為危險的濃度之下。使用一些小動物，像鳥、比如著名的礦井金絲鳥就成為在那個時代的定量檢測有毒氣體無可奈何的方法。后來又出現(xiàn)了測量一氧化碳的比色管，并且在存在這種危險氣體的各種場合得到廣泛應(yīng)用，以后又有了檢測氧氣濃度的比色管出現(xiàn)。 有毒氣體檢測發(fā)展史-油輪防爆1926年火燒連營般的油船爆炸促使加利福尼亞的標油公司發(fā)起研制開發(fā)可燃氣體直讀指示器的工作，在1927年Oliver W. Johnson 發(fā)明并提出了一

2、種利用可燃氣體在一個鉑絲上催化燃燒機理的便攜式可燃氣體檢測器。即使是70年后的今天，在大多數(shù)密閉空間檢測中用到的檢測器仍然采用這種原理。 氣體檢測傳感器分類：氣體檢測傳感器催化燃燒傳感器 電化學傳感器 半導(dǎo)體傳感器 離子化檢測器 固態(tài)傳感器 催化燃燒式傳感器原理它的原理是一個惠斯通電橋。在這其中的一個鉑金絲電橋上涂有催化燃燒物質(zhì)，不論何種易燃氣體，只要它能夠被電極引燃，鉑金絲電橋的電阻就會由于溫度變化發(fā)生改變，這種電阻變化同可燃氣體的濃度成一定比例，通過儀器的電路系統(tǒng)和微處理機可以計算出可燃氣體的濃度。 催化燃燒式傳感器原理催化燃燒式傳感器原理測量時，要在電橋上施加電壓使之加熱從而發(fā)生催化反應(yīng)

3、，這個溫度大約是500或者更高。正常情況下，電橋是平衡的，V1 = V2，輸出為零。 如果有可燃氣體存在，它的氧化過程會使測量橋被加熱，溫度增加，而此時參比橋溫度不變。電路會測出它們之間的電阻變化， V2 V1 ，輸出的電壓同待測氣體的濃度成正比。 催化燃燒式傳感器原理催化燃燒傳感器可以對大部分的可燃氣體產(chǎn)生響應(yīng)。特定氣體在測量橋上燃燒產(chǎn)生的熱量就反映了它的燃燒熱，而后者會隨各類物質(zhì)性質(zhì)改變。所以，不同物質(zhì)即使在相同濃度下也會產(chǎn)生不同的儀器讀數(shù)。 要記住，儀器測量的是電阻的變化而不是濃度的變化！不同的氣體在測量橋上的行為會有很大的不同。通常，較大的分子會產(chǎn)生更多的燃燒熱。另一方面，較小的分子更

4、容易進入測量頭的燒結(jié)結(jié)構(gòu)進行反應(yīng)。催化燃燒式傳感器原理電化學傳感器原理將兩個反應(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)測量氣體電解時產(chǎn)生的電流，然后由其中的微處理器計算出氣體的濃度。電化學傳感器原理特定氣體電化學傳感器包括下面幾部分：可以滲過氣體但不能滲過液體的擴散式隔膜；酸性電解液槽（一般為硫酸或磷酸）；傳感電極；測量電極；參比電極（三電極設(shè)計）；有些傳感器還包括一個可以濾除干擾組份的濾膜。電化學傳感器原理電化學傳感器原理一氧化碳在電化學傳感器上的氧

5、化過程：CO在傳感電極上的氧化：CO + H2O - CO2 + 2 H+ + 2 e-計數(shù)電極通過將空氣或水中的氧氣還原對此進行平衡。1/2 O2 + 2 H+ + 2 e- -H2O電化學傳感器原理在檢測過程中消耗的物質(zhì)僅僅是CO分子、電能和氧氣，這也是非消耗型傳感器壽命較長的原因。傳感器的壽命同它所測量污染物無關(guān)，傳感器僅僅是測量的催化劑。在檢測過程中傳感器沒有任何的消耗，它可以通過環(huán)境中的氧氣和微量水分得到補充。電化學傳感器原理電化學傳感器電化學傳感器金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器是電阻型化學傳感器中的杰出代表。這種傳感器的結(jié)構(gòu)非常簡單。不論是燒結(jié)型還是薄膜型，都含有兩對電極。

6、其中一對電極用于量測半導(dǎo)體的電阻變化；另一對電極用于加熱半導(dǎo)體，以便使吸附氣體分子盡快從表面逸出，從而開始新的樣品量測 。金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器（MOS）由一個金屬半導(dǎo)體（比如SnO2）構(gòu)成。在清潔空氣中，它的電導(dǎo)很低，而遇到還原性氣體，比如一氧化碳或可燃性氣體，傳感元件的電導(dǎo)會增加。如果控制傳感元件的溫度，可以對不同的物質(zhì)有一定的選擇性。半導(dǎo)體傳感器特點這種傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料,由于具有靈敏度高、響應(yīng)快等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的傳感器之一。金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器原理比色管測量原理比色管技術(shù)采用了一種可以與待測氣體發(fā)生反應(yīng)并變色

7、的試劑進行檢測。比色管技術(shù)是一個實時檢測技術(shù)，它既可以針對寬范圍的有毒物質(zhì)進行初步確認，也可以針對特定的物質(zhì)進行測量。 比色管測量原理比色管是一個充滿硅膠、活性鋁或其它介質(zhì)的短玻璃管。其中的介質(zhì)可以與特定氣體成分發(fā)生反應(yīng)而改變顏色。使用時，打碎玻璃管的兩端，將管子插到一個手泵或自動泵之上（其采樣體積已經(jīng)校正），吸取一定時間。特定氣體會同管內(nèi)介質(zhì)反應(yīng)出現(xiàn)一個顏色帶，顏色帶的長度同氣體的濃度成正比。管子的外部一般都有刻度，可以直讀出氣體的濃度。管上還會標有其它的操作信息，如抽取次數(shù)、采樣體積等等。比色管測量原理比色管測量原理下面舉一氧化碳比色管的例子。其中，吸入的CO氣體將比色管內(nèi)五氧化二碘中的碘

8、還原為碘單質(zhì)，產(chǎn)生褐色色帶。CO + I2O5 + H2S2O7 - I2 + CO2 各種傳感器的性能比較各種傳感器的性能比較半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，維修性和經(jīng)濟性好等優(yōu)點，利用半導(dǎo)體氣體傳感器可以對多種氣體進行檢測。目前，市面上有許多傳感器產(chǎn)品是采用半導(dǎo)體氣體傳感器原理進行氣體檢測的。各種傳感器的性能比較常用的半導(dǎo)體傳感器用于氨氣檢測的半導(dǎo)體氣體傳感器MQ137 半導(dǎo)體氣體傳感器圖1.1 MQ137 半導(dǎo)體氣體傳感器MQ137 半導(dǎo)體氣體傳感器性能其它半導(dǎo)體傳感器臭氧檢測：MQ131 半導(dǎo)體氣體傳感器 圖1.3 MQ131半導(dǎo)體氣體傳感器實物圖空氣污染檢測：MQ135 半導(dǎo)體氣體傳感器適宜于氨氣、氮氧化合物、乙醇、芳香族化合物、硫化物、煙霧、二氧化碳等的探測。 圖1.6 MQ135半導(dǎo)體氣體傳感器實物圖