氣體檢測(cè)儀

　　簡(jiǎn)介

　　氣體檢測(cè)儀品牌有海固、梅思安（MSA）、霍尼韋爾、澳洲新儀器、特安、弈揚(yáng)等。氣體檢測(cè)儀是一種氣

　　體泄漏濃度檢測(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。

　　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。

　　分類

　　半導(dǎo)體式

　　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。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　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。英思科，美國(guó)氣體傳感器

　　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。

　　燃燒式

　　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)。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測(cè)可燃性氣體：凡是不能燃燒的，傳感器都沒(méi)有任何響應(yīng)。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。

　　熱導(dǎo)池式

　　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。

　　電化學(xué)式

　　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，是現(xiàn)有毒有害氣體檢測(cè)的主流傳感器。

　?。?）、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)。

　　紅外線

　　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)。

　　磁性氧氣

　　這是磁性氧氣分析儀的核心，但是也已經(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！

　　LEL

　　“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：Lower Explosion 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：Upper Explosion 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)猓?；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)現(xiàn)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 explode limit的簡(jiǎn)寫UEL）和爆炸下限（英文lower explode limit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?/p>

　　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。

　　ppm

　　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。

　　分類

　　按使用方式可分為臺(tái)式氣體檢測(cè)儀和手持氣體檢測(cè)儀

　　按可檢測(cè)的氣體數(shù)量可分為單一氣體檢測(cè)儀和多種氣體檢測(cè)儀

　　按氣體傳感器的原理可分為紅外線氣體檢測(cè)儀、熱磁氣體檢測(cè)儀、電化學(xué)式氣體檢測(cè)儀、半導(dǎo)體式氣體檢測(cè)儀、紫外線氣體檢測(cè)儀等。

　　原理

　　以常見(jiàn)的紅外線氣體檢測(cè)儀為例，說(shuō)明氣體檢測(cè)儀的原理：

　　測(cè)量這種吸收光譜可判別出氣體的種類；測(cè)量吸收強(qiáng)度可確定被測(cè)氣體的濃度。紅外線檢測(cè)儀的使用范圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反應(yīng)迅速,能在線連續(xù)指示,也可組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工業(yè)上常用的紅外線氣體檢測(cè)儀的檢測(cè)部分由兩個(gè)并列的結(jié)構(gòu)相同的光學(xué)系統(tǒng)組成。

　　一個(gè)是測(cè)量室，一個(gè)是參比室。兩室通過(guò)切光板以一定周期同時(shí)或交替開閉光路。在測(cè)量室中導(dǎo)入被測(cè)氣體后，具有被測(cè)氣體特有波長(zhǎng)的光被吸收，從而使透過(guò)測(cè)量室這一光路而進(jìn)入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量就越少；而透過(guò)參比室的光通量是一定的，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測(cè)氣體濃度越高，透過(guò)測(cè)量室和參比室的光通量差值就越大。這個(gè)光通量差值是以一定周期振動(dòng)的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內(nèi)封有濃度較大的被測(cè)組分氣體，在吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動(dòng)的光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓倏筛鶕?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來(lái)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)放大處理后指示出被測(cè)氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測(cè)紅外線的量子式紅外線傳感器，并采用紅外干涉濾光片進(jìn)行波長(zhǎng)選擇和配以可調(diào)激光器作光源，形成一種嶄新的全固體式紅外氣體檢測(cè)儀。這種檢測(cè)儀只用一個(gè)光源、一個(gè)測(cè)量室、一個(gè)紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測(cè)量。此外，若采用裝有多個(gè)不同波長(zhǎng)的濾光盤，則能同時(shí)分別測(cè)定多組分氣體中的各種氣體的濃度。

　　用途

　　氣體檢測(cè)儀可檢測(cè)硫化氫，一氧化碳，氧氣，二氧化硫，磷化氫，氨氣，二氧化氮，氰化氫，氯氣，二氧化氯，臭氧和可燃?xì)怏w等多種氣體，廣泛應(yīng)用在石化、煤炭、冶金、化工、市政燃?xì)狻h(huán)境監(jiān)測(cè)等多種場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。 可以實(shí)現(xiàn)特殊場(chǎng)合測(cè)量需要；可對(duì)坑道、管道、罐體、密閉空間等進(jìn)行氣體濃度探測(cè)或泄漏探測(cè)。

　　保養(yǎng)

　　1、檢查氣體流量、通常為30/h，流量過(guò)大或者過(guò)小對(duì)分析儀結(jié)果影響較大

　　2、更換濾紙：停抽氣泵，過(guò)濾罐排水

　　3、檢查氣路系統(tǒng)中有無(wú)漏氣現(xiàn)象。抽泣泵膜片有無(wú)破損，取樣探頭密封圈是否破裂，四通閥、冷凝汽是否損壞等

　　4、取樣探頭清洗，取樣孔管路疏通

　　5、檢查冷凝器工作是否正常，通常溫度調(diào)整在3攝氏度范圍內(nèi)

　　6、檢查測(cè)量器室看是否臟污，及時(shí)清洗。

　　壽命

　　氣體檢測(cè)儀的使用壽命主要取決于，它的主要元件-----傳感器。

　　我們也知道，不可能有一種傳感器可以檢測(cè)所有的氣體，滿足所有的要求，各種氣體和各種環(huán)境使用的傳感器也不一樣，大致可以分為：用于檢測(cè)有毒氣體濃度的傳感器和用于檢測(cè)可燃?xì)怏w的爆炸濃度的傳感器。

　　用于測(cè)量有毒氣體濃度的傳感器大多是電化學(xué)傳感器，它是基于電化學(xué)原理工作的傳感器，影響其壽命的主要是電解液，一般的傳感器在2～3年之后，電解液就消耗的不能再正常工作了，所以電化學(xué)傳感器的使用壽命是2～3年。

　　用于檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度的傳感器大多是催化燃燒傳感器，它的使用壽命在3～5年。

　　選購(gòu)方法

　　1)確認(rèn)所要檢測(cè)氣體種類和濃度范圍：

　　每一個(gè)生產(chǎn)部門所遇到的氣體種類都是不同的。在選擇氣體檢測(cè)儀時(shí)就要考慮到所有可能發(fā)生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多，選擇LEL檢測(cè)儀無(wú)疑是最為合適的。這不僅是因?yàn)長(zhǎng)EL檢測(cè)儀原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣，同時(shí)它還具有維修、校準(zhǔn)方便的特點(diǎn)。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體，就要優(yōu)先選擇一個(gè)特定氣體檢測(cè)儀才能保證工人的安全。如果更多的是有機(jī)有毒有害氣體，考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低，比如芳香烴、鹵代烴、氨(胺)、醚、醇、脂等等，就應(yīng)當(dāng)選擇前章介紹的光離子化檢測(cè)儀，而絕對(duì)不要使用LEL檢測(cè)器應(yīng)付，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡。

　　如果氣體種類覆蓋了以上幾類氣體，選擇一個(gè)復(fù)合式氣體檢測(cè)儀可能會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

　　2)確定使用場(chǎng)合：

　　工業(yè)環(huán)境的不同，選擇氣體檢測(cè)儀種類也不同。

　　A)固定式氣體檢測(cè)儀：

　　這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過(guò)程中使用較多的檢測(cè)儀。它可以安裝在特定的檢測(cè)點(diǎn)上對(duì)特定的氣體泄漏進(jìn)行檢測(cè)。弈揚(yáng)固定式檢測(cè)器一般為兩體式，有傳感器和變送組成的檢測(cè)頭為一體安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，有電路、電源和顯示報(bào)警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場(chǎng)所，便于監(jiān)視。它的檢測(cè)原理同前節(jié)所述，只是在工藝和技術(shù)上更適合于固定檢測(cè)所要求的連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定等特點(diǎn)。它們同樣要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣體的種類和濃度加以選擇，同時(shí)還要注意將它們安裝在特定氣體最可能泄漏的部位，比如要根據(jù)氣體的比重選擇傳感器安裝的最有效的高度等等。

　　B)便攜式氣體檢測(cè)儀：

　　由于便攜式儀器操作方便，體積小巧，可以攜帶至不同的生產(chǎn)部位，弈揚(yáng)電化學(xué)檢測(cè)儀采用堿性電池供電,可連續(xù)使用1000小時(shí)；新型LEL檢測(cè)儀、PID和復(fù)合式儀器采用可充電池(有些已采用無(wú)記憶的鎳氫或鋰離子電池)，使得它們一般可以連續(xù)工作近12小時(shí)，所以，作為這類儀器在各類工廠和衛(wèi)生部門的應(yīng)用越來(lái)越廣。

　　如果是在開放的場(chǎng)合，比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報(bào)警，可以使用隨身佩戴的擴(kuò)散式氣體檢測(cè)儀，因?yàn)樗梢赃B續(xù)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示現(xiàn)場(chǎng)的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動(dòng)警報(bào)附件——以避免在嘈雜環(huán)境中聽不到聲音報(bào)警，并安裝計(jì)算機(jī)芯片來(lái)記錄峰值、STEL(15分鐘短期暴露水平)和TWA(8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值)——為工人健康和安全提供具體的指導(dǎo)。

　　如果是進(jìn)入密閉空間，比如反應(yīng)罐、儲(chǔ)料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設(shè)施、農(nóng)業(yè)密閉糧倉(cāng)、鐵路罐車、船運(yùn)貨艙、隧道等工作場(chǎng)合，在人員進(jìn)入之前，就必須進(jìn)行檢測(cè)，而且要在密閉空間外進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)，就必須選擇帶有內(nèi)置采樣泵的多氣體檢測(cè)儀。如果環(huán)境中存在多種氣體，選擇一個(gè)復(fù)合式氣體檢測(cè)儀可能會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

　　C）復(fù)合式氣體檢測(cè)儀

　　復(fù)合式多氣體檢測(cè)儀可以在一臺(tái)儀器上配備所需的多個(gè)氣體檢測(cè)傳感器，所以它具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、同時(shí)多氣體濃度顯示的特點(diǎn)。更重要的是，弈揚(yáng)復(fù)合式多氣體檢測(cè)儀的價(jià)格要比多個(gè)單一擴(kuò)散式氣體檢測(cè)儀便宜一些，使用起來(lái)也更加方便。需要注意的是在選擇這類檢測(cè)儀時(shí)，最好選擇具有單獨(dú)開關(guān)各個(gè)傳感器功能的儀器，以防止由于一個(gè)傳感器損害影響其它傳感器使用。