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技術(shù)支持

氣體檢測的原理與方法

催化燃燒檢測器

對于常見(jiàn)的可燃氣LEL的檢測,通常采用催化燃燒檢測器。催化燃燒式傳感器的核心為一惠通斯電橋,其中一橋臂上有催化劑,當與可燃氣體接觸時(shí),可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒,該橋臂的電阻發(fā)生變化,其余橋臂的電阻不變化,從而引起整個(gè)電路的輸出發(fā)生變化,而該變化與可燃氣體的濃度成比例,從而實(shí)現對可燃氣體的檢測。

從以上原理可知,通過(guò)該方法檢測可燃氣,它以催化燃燒為基礎,所以它的分辨率較低。該方法的分辨率一般為1%LEL,大約為100PPm左右。所以對于有機氣體毒性的檢測不能采用該檢測方法。

LEL傳感器的靈敏度是以甲烷為代表的,由于不同氣體燃燒產(chǎn)生的熱量不同,一些分子量較大的碳氫化合物蒸汽(例如汽油、煤油)等很難擴散到傳感器電極表面進(jìn)行充分燃燒,因而輸出靈敏度就較低。

常見(jiàn)氣體在LEL傳感器上的靈敏度與甲烷的比較見(jiàn)下表:


雙量程可燃氣傳感器(TC)

TC傳感器是一種可檢測氣體的爆炸下限和體積百分比濃度的傳感器,在檢測甲烷時(shí)可在LELVOL之間自動(dòng)轉換。

TC傳感器的工作原理是:當氣體通過(guò)加熱的線(xiàn)圈時(shí)引起冷卻,氣體熱導部分的電阻降低,達到檢測的目的。由于每種氣體的熱導值是獨一的,只要檢測的氣體與對照物相比,幾乎任一種氣體都可以用TC傳感器進(jìn)行檢測。

TC傳感器也需要標定,可以直接用目標氣體進(jìn)行標定,也可以使用某一種參考氣體(例如甲烷)進(jìn)行標定,再利用校正系數(CF)轉換到目標氣體濃度。


電化學(xué)檢測器

對于常見(jiàn)有毒氣體的檢測,特別是無(wú)機毒氣,一般采用專(zhuān)用的傳感器進(jìn)行檢測。既定性又定量進(jìn)行檢測。該類(lèi)傳感器大多為電化學(xué)傳感器(也稱(chēng)燃料池傳感器)。電化學(xué)傳感器分為二電極和三電極兩種類(lèi)型,由擴散柵、由金或鉑等貴金屬制成的傳感電極(陰極、由鉛鋅等金屬制成的參比電極 (陽(yáng)極、電解液(比如氫氧化鉀溶液或醋酸鉀溶液)等組成,三電極傳感器還增加有計數電極,另外還有外部濕度柵或過(guò)濾膜等,目標氣體在傳感電極上發(fā)生反應,產(chǎn)生的電流通過(guò)對電極構成回路,參比電極為傳感電極提供合適的偏值。傳感器通過(guò)參比電極與傳感電極的催化劑實(shí)現選擇性反應,即定性反應?;芈樊a(chǎn)生的電流與氣體的濃度成正比,實(shí)現定量反應,并且有很寬的線(xiàn)性測量范圍。

對于某些電活性較弱的氣體,比如氫氣和一氧化氮等,需要在計數電極上使用一個(gè)偏置電壓,這有助于傳感器對特定化合物的檢測。



電化學(xué)傳感器性能比較穩定、線(xiàn)性度好、壽命較長(cháng)、耗電很小、分辨率一般可以達到0.1ppm(隨傳感器不同有所不同)。它的溫度適應性也比較寬(有時(shí)可以在-4050°C 間工作)。然而,它的讀數溫度變化的影響也比較大。所以很多這種儀器都有軟硬件的溫度補償處理。

電解液池中的參比電極是不斷被消耗的,當電極的所有表面被氧化,電化學(xué)反應就將停止,電流輸出為零。此時(shí),就要更換傳感器。燃料池傳感器的壽命大致可以維持一到兩年。

電化學(xué)傳感器的另一個(gè)缺點(diǎn)是干擾。例如CL2傳感器會(huì )對10ppm的硫化氫有大約0.3ppm的讀數,或者說(shuō),如果測量時(shí)存在10ppm的硫化氫,那么CL2的讀數應當減去0.3ppm。在某些情況下,干擾是正的,傳感器的讀數比實(shí)際值要大;有些則相反。還原性氣體,比如硫化氫和一氧化碳會(huì )在電極上氧化,而氧化性氣體,比如CL2、二氧化氮和臭氧,則在電極上還原。


氧氣傳感器:一般的氧氣傳感器為兩電極傳感器,由鉛作陽(yáng)極,它的檢測原理與三電極大致相似,只是不如三電極的傳感器的輸出穩定,壽命較短,大約為一年。

在大多數的儀器中,即使是在關(guān)機狀態(tài),傳感器也在產(chǎn)生電流和消耗。有些儀器通過(guò)切斷電路避免電流流動(dòng)來(lái)增加傳感器的使用壽命。但這種方式的弊端在于儀器開(kāi)啟時(shí)重新平衡的時(shí)間加長(cháng)(可能需要幾分鐘)。在重新平衡過(guò)程中,電流將重新流過(guò)電路。重新平衡需要較長(cháng)時(shí)間的原因是擴散到傳感器上的氧氣已經(jīng)積聚到了電極之上,而去除氧氣的辦法就是通過(guò)電化學(xué)反應將其轉化為氧化鉛。只有將積聚的氧氣消耗殆盡才能得到準確的測量結果。一般儀器的做法是采取儀器開(kāi)啟后“倒計”的辦法,讀數開(kāi)始會(huì )很高然后慢慢下降達到穩定數值。如果儀器具有此項功能,則在儀器達到重新平衡之前不要進(jìn)行調零或者校正操作。


金屬氧化物半導體傳感器

金屬氧化物半導體傳感器(MOS)是一個(gè)寬帶檢測裝置,既可以用于檢測ppm級的有毒氣體也可以用于檢測百分比濃度的易燃易爆氣體。

MOS傳感器由一個(gè)金屬半導體(比如SnO2)成。在清潔空氣中,它的電導很低,而遇到還原性氣體,比如一氧化碳或可燃性氣體,傳感元件的電導會(huì )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。

MOS傳感器的主要缺點(diǎn)是非線(xiàn)性響應、很難解釋讀數、靈敏度較差、濕度影響較大。當濕度增加時(shí),傳感器的輸出也增加。而當濕度降低時(shí),它的讀數即使在存在污染物時(shí)也可能很低,甚至為零。有時(shí)由于選擇曲線(xiàn)錯誤,可能會(huì )有誤報警。另外一個(gè)問(wèn)題是MOS傳感器對常見(jiàn)污染物的檢測線(xiàn)性范圍相對較窄。在線(xiàn)性范圍之內,檢測結果很準確,而一旦濃度落在線(xiàn)性范圍之外,也就無(wú)法提供準確的定量測定。


光離子化檢測器 (PID)

光離子化檢測器通過(guò)一個(gè)高能量的紫外燈提供離子化的能量,揮發(fā)性有機化合物被紫外光電離后的組份被離子腔收集產(chǎn)生電流,而電流與氣體濃度成正比。

紫外燈發(fā)出的能量決定了它所能檢測的化合物的種類(lèi)?,F在可以選擇的能量有8.4、9.5、9.8、10.0、10.2、10.6、11.711.8 eV(隨制造商不同)。大多數的產(chǎn)品允許在同一臺儀器上使用不同能量的紫外燈。

產(chǎn)品
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