危险气体检测仪器

1简介

气体检测仪是一种气体泄漏浓度检测的仪器仪表工具，主要是指便携式/手持式气体检测仪。

早在上个世纪70年代，气体传感器就已经成为传感器领域的一个大系，属于化学传感器的一个分支。

2种类

半导体式

它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。

优点

半导体式气体传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、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。下列几种半导体式气体传感器是成功的：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。

缺点

稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯*的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。

燃烧式

这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。

优点

催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体：凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。

缺点

在可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。

热导池式

每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。

这种气体传感器可应用范围较窄，限制因素较多。

电化学式

它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类：

（1）、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

（2）、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是现有毒有害气体检测的主流传感器。

（3）、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

（4）、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

红外线

大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。

这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升（拇指大小）左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器*没有机械运动部件，*实现免维护化。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

这种传感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的检测。

3磁性氧气

这是磁性氧气分析仪的核心，但是也已经实现了“传感器化”进程。

它是利用空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理制备的。

这种传感器只能用于氧气的检测，大气环境中只有氮氧化物能够产生微小的影响，但是由于这些干扰气体的含量往往很少，所以，磁氧分析技术的选择性几乎是唯*的！

LEL

“LEL"是指爆炸下限。可燃气体在空气中遇明火种爆炸的*浓度，称为爆炸下限—简称%LEL。英文：Lower Explosion Limited。

可燃气体在空气中遇明火种爆炸的高浓度，称为爆炸上限—简称%UEL。英文：Upper Explosion Limited。

那么什么是爆炸下限？ 可燃性气体的浓度过低或过高它是没有危险的，它只有与空气混合形成混合气或更确切地说遇到氧气形成一定比例的混合气才会发生燃烧或爆炸。

燃烧是伴有发光发热的激烈氧化反应，它必须具备三个要素：a、可燃物（燃气）；b、助燃物（氧气）；c、点火源（温度）。

可燃气的燃烧可以分为两类，一类是扩散燃烧，即挥发的或从设备中喷出、泄漏的可燃气，遇到点火源混合燃烧。

另一类燃烧，是可燃气与空气混合着火燃烧，这种燃烧反应激烈而速度快，一般会产生巨大的压力和声响，又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分。

有关部门和专家已经对现发现的可燃气作了燃烧爆炸分析，制定出了可燃性气体的爆炸极限，它分为爆炸上限（英文upper explode limit的简写UEL）和爆炸下限（英文lower explode limit的简写LEL）。

低于爆炸下限，混合气中的可燃气的含量不足，不能引起燃烧或爆炸，高于上限混合气中的氧气的含量不足，也不能引起燃烧或爆炸。

另外，可燃气的燃烧与爆炸还与气体的压力、温度、点火能量等因素有关。爆炸极限一般用体积百分比浓度表示。

爆炸极限是爆炸下限、爆炸上限的总称，可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限、爆炸上限之间才会发生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸。因此，在进行爆炸测量时，报警浓度一般设定在爆炸下限的25%LEL以下。

各种可燃气体检测仪的测量范围为0-100%LEL。 固定式可燃气体检测仪的通常设有二个报警点（与报警主机的型号有关）：10%LEL为一级报警，25%LEL为二级报警。

便携式可燃气体检测仪的通常设有一个报警点：25%LEL为报警点。 举例说明，甲烷的爆炸下限为5%体积比，那也就是说，把这个5%体积比，一百等分，让5%体积比对应100%LEL，也就是说，当检测仪数值到达10%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为0.5%体积比。

当检测仪数值到达25%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为1.25%体积比。 所以，您不必担心报警后是不是随时有危险了，此时是在提示您，要马上采取相应的措施啦，比如开启排气扇或是切断一些阀门等，离真正有可能出现危险的爆炸下限还有很大一段差距，这样才会起到报警提示的作用。

ppm

ppm是溶液浓度（溶质质量分数）的一种表示方法，ppm表示百万分之一。

对于溶液：即1升水溶液中有1/1000毫升的溶质，则其浓度（溶质质量分数）为1ppm。

对于气体：对环境大气（空气）中污染物浓度的表示方法之一。

体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm

大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度（ppm）。而按我国规定，特别是环保部门，则要求气体浓度以质量浓度的单位（如：mg/m3）表示，我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位（如：mg/m3）表示。

4分类

按使用方式可分为台式气体检测仪和手持气体检测仪

按可检测的气体数量可分为单一气体检测仪和多种气体检测仪

按气体传感器的原理可分为红外线气体检测仪、热磁气体检测仪、电化学式气体检测仪、半导体式气体检测仪、紫外线气体检测仪等。

5原理

以常见的红外线气体检测仪为例，说明气体检测仪的原理：

测量这种吸收光谱可判别出气体的种类；测量吸收强度可确定被测气体的浓度。红外线检测仪的使用范围宽，不仅可分析气体成分，也可分析溶液成分，且灵敏度较高，反应迅速,能在线连续指示,也可组成调节系统。工业上常用的红外线气体检测仪的检测部分由两个并列的结构相同的光学系统组成。

　　一个是测量室，一个是参比室。两室通过切光板以一定周期同时或交替开闭光路。在测量室中导入被测气体后，具有被测气体*波长的光被吸收，从而使透过测量室这一光路而进入红外线接收气室的光通量减少。气体浓度越高，进入到红外线接收气室的光通量就越少；而透过参比室的光通量是一定的，进入到红外线接收气室的光通量也一定。因此，被测气体浓度越高，透过测量室和参比室的光通量差值就越大。这个光通量差值是以一定周期振动的振幅投射到红外线接收气室的。接收气室用几微米厚的金属薄膜分隔为两半部，室内封有浓度较大的被测组分气体，在吸收波长范围内能将射入的红外线全部吸收，从而使脉动的光通量变为温度的周期变化，再可根据气态方程使温度的变化转换为压力的变化，然后用电容式传感器来检测，经过放大处理后指示出被测气体浓度。除用电容式传感器外，也可用直接检测红外线的量子式红外线传感器，并采用红外干涉滤光片进行波长选择和配以可调激光器作光源，形成一种崭新的全固体式红外气体检测仪。这种检测仪只用一个光源、一个测量室、一个红外线传感器就能完成气体浓度的测量。此外，若采用装有多个不同波长的滤光盘，则能同时分别测定多组分气体中的各种气体的浓度。

6用途

气体检测仪可检测硫化氢，一氧化碳，氧气，二氧化硫，磷化氢，氨气，二氧化氮，氰化氢，氯气，二氧化氯，臭氧和可燃气体等多种气体，广泛应用在石化、煤炭、冶金、化工、市政燃气、环境监测等多种场所现场检测。 可以实现特殊场合测量需要；可对坑道、管道、罐体、密闭空间等进行气体浓度探测或泄漏探测。 [2] 

7保养

1、检查气体流量、通常为30/h，流量过大或者过小对分析仪结果影响较大

2、更换滤纸：停抽气泵，过滤罐排水

3、检查气路系统中有无漏气现象。抽泣泵膜片有无破损，取样探头密封圈是否破裂，四通阀、冷凝汽是否损坏等

4、取样探头清洗，取样孔管路疏通

5、检查冷凝器工作是否正常，通常温度调整在3摄氏度范围内

6、检查测量器室看是否脏污，及时清洗。

8寿命

气体检测仪的使用寿命主要取决于，它的主要元件-----传感器。

我们也知道，不可能有一种传感器可以检测所有的气体，满足所有的要求，各种气体和各种环境使用的传感器也不一样，大致可以分为：用于检测有毒气体浓度的传感器和用于检测可燃气体的爆炸浓度的传感器。

用于测量有毒气体浓度的传感器大多是电化学传感器，它是基于电化学原理工作的传感器，影响其寿命的主要是电解液，一般的传感器在2～3年之后，电解液就消耗的不能再正常工作了，所以电化学传感器的使用寿命是2～3年。

用于检测可燃气体浓度的传感器大多是催化燃烧传感器，它的使用寿命在3～5年。

9选购方法

1）确认所要检测气体种类和浓度范围：

每一个生产部门所遇到的气体种类都是不同的。在选择气体检测仪时就要考虑到所有可能发生的情况。如果甲烷和其它毒性较小的烷烃类居多，选择LEL检测仪无疑是为合适的。这不仅是因为LEL检测仪原理简单，应用较广，同时它还具有维修、校准方便的特点。如果存在一氧化碳、硫化氢等有毒气体，就要优先选择一个特定气体检测仪才能保证工人的安全。如果更多的是有机有毒有害气体，考虑到其可能引起人员中毒的浓度较低，比如芳香烃、卤代烃、氨（胺）、醚、醇、脂等等，就应当选择前章介绍的光离子化检测仪，而绝对不要使用LEL检测器应付，因为这可能会导致人员伤亡。

如果气体种类覆盖了以上几类气体，选择一个复合式气体检测仪可能会达到事半功倍的效果。

2）确定使用场合：

工业环境的不同，选择气体检测仪种类也不同。

A）固定式气体检测仪：

这是在工业装置上和生产过程中使用较多的检测仪。它可以安装在特定的检测点上对特定的气体泄漏进行检测。弈扬固定式检测器一般为两体式，有传感器和变送组成的检测头为一体安装在检测现场，有电路、电源和显示报警装置组成的二次仪表为一体安装在安全场所，便于监视。它的检测原理同前节所述，只是在工艺和技术上更适合于固定检测所要求的连续、长时间稳定等特点。它们同样要根据现场气体的种类和浓度加以选择，同时还要注意将它们安装在特定气体最可能泄漏的部位，比如要根据气体的比重选择传感器安装的有效的高度等等。

B）便携式气体检测仪：

由于便携式仪器操作方便，体积小巧，可以携带至不同的生产部位，弈扬电化学检测仪采用碱性电池供电,可连续使用1000小时；新型LEL检测仪、PID和复合式仪器采用可充电池（有些已采用无记忆的镍氢或锂离子电池），使得它们一般可以连续工作近12小时，所以，作为这类仪器在各类工厂和卫生部门的应用越来越广。

如果是在开放的场合，比如敞开的工作车间使用这类仪器作为安全报警，可以使用随身佩戴的扩散式气体检测仪，因为它可以连续、实时、准确地显示现场的有毒有害气体的浓度。这类的新型仪器有的还配有振动警报附件——以避免在嘈杂环境中听不到声音报警，并安装计算机芯片来记录峰值、STE L（15分钟短期暴露水平）和TWA（8小时统计权重平均值）——为工人健康和安全提供具体的指导。

如果是进入密闭空间，比如反应罐、储料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下设施、农业密闭粮仓、铁路罐车、船运货舱、隧道等工作场合，在人员进入之前，就必须进行检测，而且要在密闭空间外进行检测。此时，就必须选择带有内置采样泵的多气体检测仪。如果环境中存在多种气体，选择一个复合式气体检测仪可能会达到事半功倍的效果。

C）复合式气体检测仪

复合式多气体检测仪可以在一台仪器上配备所需的多个气体检测传感器，所以它具有体积小、重量轻、响应快、同时多气体浓度显示的特点。更重要的是，弈扬复合式多气体检测仪的价格要比多个单一扩散式气体检测仪便宜一些，使用起来也更加方便。需要注意的是在选择这类检测仪时，选择具有单独开关各个传感器功能的仪器，以防止由于一个传感器损害影响其它传感器使用。