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第四章 矿井环境状态参数检测第四节 温度检测仪器一、大气的湿度及露点一、大气的湿度及露点（一）绝对湿度和相对湿度（一）绝对湿度和相对湿度 地球表面的大气层是由78%的氮气、21%的氧气和一小部分二氧化碳、水汽以及其他一些惰性气体混合而成的。由于地面上的水和动植物会发生水份蒸发现象，因而地面上不断地在生成水份，使大气中含有水汽的量在不停地变化。由于水份的蒸发及凝结的过程总是伴随着吸热和放热，因此大气中的水汽的多少不但会影响大气的湿度，而且使空气出现潮湿或干燥现象。大气的干湿程度，通常是用大气中水汽的密度来表示的。即每1m3大气所含水汽的克数来表示，它称为大气的绝对湿度。要想直接测量出大气的水汽密度，方法比较复杂。而理论计算表明，在一般的气温条件下，大气的水汽密度，与大气中水汽的压强数值十分接近。所以大气的水汽密度又可以规定为大气中所含水汽的压强，又把它称为大气的绝对湿度，用符号D表示，常用的单位是mmHg。在许多与大气的湿度有关的现象里，如农作物的生长绵纱的断头以及人们的感觉等等，都与大气的绝对湿度没有直接的关系，主要与大气中的水汽离饱和状态的远近程度有关。比如，同样是6mmHg的绝对湿度，如果在炎热的夏季中午，由于离当时的饱和水汽压（31.38mmHg）尚远，使人感到干燥，如果是在初冬的傍晚，由于水汽压接近当时的饱和水汽压（18.05mmHg）而使人感到潮湿。因此通常把大气的绝对湿度跟当时气温下饱和水汽压的百分比称为大气的相对湿度，即 （417）式中H相对湿度D大气的绝对湿度（mmHg）Ds当时气温下的饱和水汽压（mmHg）上式表明，若大气中所含水汽的压强等于当时气温下的饱和水汽压时，这时大气的相对湿度等于100%RH。（二）露点（二）露点降低温度可以使未饱和水汽变成饱和水汽。露点就是指使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低的温度。因此只要能测出露点，就可以通过一些数据表查得当时大气的绝对湿度。当大气中的未饱和水汽接触到温度较低的物体时，就会使大气中的未饱和水汽达到或接近饱和状态，在这些物体上凝结成水滴。这种现象被称为结露。结露对农作物有利，但对电子产品则是有害的。二、湿度测量方法二、湿度测量方法 湿度测量从原理上划分有二、三十种之多。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理化学理论分析和计算，初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。常见的湿度测量方法有：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达2%RH以上。静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡68小时。露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达0.2甚至更高。但用现代光电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有57%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。电子式湿度传感器法 三、干湿球温度仪表三、干湿球温度仪表 图图421 DHM2型风扇式湿度计型风扇式湿度计1干球温度计；2湿球温度计3棉纱布；4、5双层金属保护管6通风器；7风管矿井空气湿度的测定通常采用风扇湿度计，又称通风干湿表，如图4-22 所示，主要由两支相同的温度计和一个通风器组成。水银温度计1 为干球温度计；水银温度计2 的水银球上裹有一层湿的棉纱布3，为湿球温度计；水银温度计的外面均罩着内外表面光亮的双层金属保护管4 和5，以防热辐射的影响；通风器6 内有发条和风扇，风扇在发条作用下工作，以在风管7 中产生稳定的气流，使温度计的水银球处于同一风速下，测定流动状态下的空气温度。使用时，先湿润纱布，然后上紧发条，小风扇转动，空气由双层金属保护管4 和5 吸人，经中间管从上部排出。如果空气中水蒸汽量没饱和，湿球的表面便不断地蒸发水汽，并吸取汽化热，因此湿球所表示的温度都比干球所示要低。空气越干燥（即湿度越低），蒸发越快，不断地吸取汽化热，使湿球所示的温度降低，而与干球间的差增大。相反，当空气中的水蒸汽量呈饱和状态时，水便不再蒸发，也不吸取汽化热，湿球和干球所示的温度，即会相等。使用时，应将干湿计放置距地面1.21.5米的高处。读出干、湿两球所指示的温度差，由该湿度计所附的对照表就可查出当时空气的相对湿度。因为湿球所包之纱布水分蒸发的快慢，不仅和当时空气的相对湿度有关，还和空气的流通速度有关。所以干湿球温度计所附的对照表只适用于指定的风速，不能任意应用。根据干、湿温度计读数的差值（）和湿球温度计读数（），由空气湿度表即可查出空气的相对湿度（）。例题例题4 1 在井下某巷道用风扇式湿度计测得风流的干球温度为25.6，湿球温度为23.5 。求风流的相对湿度。解：根据 和空气湿度表，并利用内插法求得相对湿度 。附录：附录：湿度对照表湿度对照表干湿示差 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0干球温度 相对湿度(%)50 97 94 92 89 87 84 82 79 77 74 72 70 68 66 63 6149 97 94 92 89 86 84 81 79 77 74 72 70 67 65 63 6148 97 94 92 89 86 84 81 79 76 74 71 69 67 65 62 6047 97 94 92 89 86 83 81 78 76 73 71 69 66 64 62 6046 97 94 91 89 86 83 81 78 76 73 71 68 66 64 62 5945 97 94 91 88 86 83 80 78 75 73 70 68 66 63 61 5944 97 94 91 88 86 83 80 78 75 72 70 67 65 63 61 5843 97 94 91 88 85 83 80 77 75 72 70 67 65 62 60 5842 97 94 91 88 85 82 80 77 74 72 69 67 64 62 59 5741 97 94 91 88 85 82 79 77 74 71 69 66 64 61 59 5640 97 94 91 88 85 82 79 76 73 71 68 66 63 61 58 5639 97 94 91 87 84 82 79 76 73 70 68 65 63 60 58 5538 97 94 90 87 84 81 78 75 73 70 67 64 62 59 57 5437 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 67 64 61 59 56 5336 97 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 63 61 58 55 5335 97 93 90 87 83 80 77 74 71 68 65 63 60 57 55 5234 96 93 90 86 83 80 77 74 71 68 65 62 59 56 54 5133 96 93 89 86 83 80 76 73 70 67 64 61 58 56 53 5032 96 93 89 86 83 79 76 73 70 66 64 61 58 55 52 4931 96 93 89 86 82 79 75 72 69 66 63 60 57 54 51 4830 96 92 89 85 82 78 75 72 68 65 62 59 56 53 50 4729 96 92 89 85 81 78 74 71 68 64 61 58 55 52 49 4628 96 92 88 85 81 77 74 70 67 64 60 57 54 51 48 4527 96 92 88 84 81 77 73 70 66 63 60 56 53 50 47 4326 96 92 88 84 80 76 73 69 66 62 59 55 52 48 46 4225 96 92 88 84 80 76 72 68 64 61 58 54 51 47 44 4124 96 91 87 83 79 75 71 68 64 60 57 53 50 46 43 3923 96 91 87 83 79 75 71 67 63 59 56 52 48 45 41 3822 95 91 87 82 78 74 70 66 62 58 54 50 47 43 40 3621 95 91 86 82 78 73 69 65 61 57 53 49 45 42 38 3420 95 91 86 81 77 73 68 64 60 56 52 58 44 40 36 3219 95 90 86 81 76 72 67 63 59 54 50 56 42 38 34 3018 95 90 85 80 76 71 66 62 58 53 49 44 41 36 32 28 17 95 90 85 80 75 70 65 61 56 51 47 43 39 34 30 2616 95 89 84 79 74 69 64 59 55 50 46 41 37 32 28 2315 94 89 84 78 73 68 63 58 53 48 44 39 35 30 26 2114 94 89 83 78 72 67 62 57 52 46 42 37 32 27 23 1813 94 88 83 77 71 66 61 55 50 45 40 34 30 25 20 1512 94 88 82 76 70 65 59 53 47 43 38 32 27 22 17 1211 94 87 81 75 69 63 58 52 46 40 36 29 25 19 14 810 93 87 81 74 68 62 56 50 44 38 33 27 22 16 11 59 93 86 80 73 67 60 54 48 42 36 31 24 18 12 7 18 93 86 79 72 66 59 52 46 40 33 27 21 15 9 37 93 85 78 71 64 57 50 44 37 31 24 18 11 56 92 85 77 70 63 55 48 41 34 28 21 13 35 92 84 76 69 61 53 46 36 28 24 16 94 92 83 75 67 59 51 44 36 28 20 12 53 91 83 74 66 57 49 41 33 25 16 7 12 91 82 73 64 55 46 38 29 20 12 11 90 81 72 62 53 43 34 25 16 80 90 80 71 60 51 40 30 21 12 3四、湿度传感器四、湿度传感器（一）湿敏传感器的分类（一）湿敏传感器的分类水是一种极强的电解质。水分子有较大的电偶极矩，在氢原子附近有极大的正电场，因而它有很大的电子亲和力，使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器，它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出。举个例子，机械湿度表原理：机械式指针湿度表的湿敏元件,有毛发式的,也有在金属游丝上涂敷高分子亲水塑料材料制造的。其原理与机械式湿度传感器相同,都属长度变化式,利用长度变化产生的位移来驱动指针轴,使指针在表盘上移动,从而实现湿度的计量功能。因此具有机械式湿度传感器相同的弱点,即反应迟钝,滞后时间长也可长达一二十分钟,不能对微量水份变化发生反应,显示误差大,一般在5%,高的可达10%以上,年飘移值大,不稳定,易老化变质,影响寿命。虽然其不能准确可靠计量,显示的数值只能作参考，但由于其价格低廉，无需电信号也能工作。如对机械式湿度传感器的某个控制位置的湿度控制值进行定义，则其控制误差最高可达15%以上，其与机械式指针湿度表的5%显示误差之间就回产生最高可达20%的累积误差。机械式湿度采样和控制显示的产品虽然存在这些不足，但由于其产品价格低，因而也被要求不高的用户使用。（二）湿敏元件的特性（二）湿敏元件的特性湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。1、湿敏电阻湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。2、湿敏电容湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例，其测量范围是（1%99%）RH，在55%RH时的电容量为180pF（典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量的变化范围是163pF202pF。温度系数为0.04pF/，湿度滞后量为1.5%，响应时间为5s。3、除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。（三）电解质湿敏传感器（三）电解质湿敏传感器不挥发性的盐溶解于水的结果是降低了水的蒸汽压，盐的浓度愈大，则溶液的蒸汽压降低愈多。利用这一现象，可在有一对电极的绝缘基板上，涂上潮解性盐的水溶液。这种电解质溶液薄膜，能随空气中水蒸气的变化而吸湿或脱湿，从而使两电极间的电阻值随空气湿度的大小而变化。在电解质湿敏元件中，有广泛实用价值的是氯化锂（LiCl）湿敏元件，基本结构如图422 所示。图图422 电解质湿敏传感器电解质湿敏传感器1绝缘柱；2平等电极；3保护装置；4氯化锂混合液；5电极；6基底（四）湿敏电容（四）湿敏电容由于IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化，从而可完成对湿度信号的采集。热化聚合体层同时具有防御污垢、灰尘、油及其它有害物质的功能。第四章 矿井环境状态参数检测第五节 一氧化碳和硫化氢气体检测 一、检知管结构和检测原理一、检知管结构和检测原理检知管是一支（）mm 150 mm（长）的玻璃管，内装活性载体，载体吸附化学试剂，管口溶封，检气管有比色式和比长式两种，它们分别根据颜色深浅或色柱的长短，与事先制成的标准色板或浓度标尺进行比较，就可以测出气样中被测气体的含量。每支检气管只能使用一次。检气管具有现场使用简便、速度快、便于携带和灵敏度高等优点。但有些有害气体的检气管准确度较差。一些常见的有害气体，如一氧化碳、二氧化碳、氧化氮等都可以利用适当的检气管进行测定。其结构如图4-25 所示。图图4-25 比长式一氧化碳检知管比长式一氧化碳检知管1堵塞物；2活性炭；3硅胶；4消除剂；5玻璃粉；6指示剂；使用时先打开管口，待测气体依靠唧筒以一定的速度均匀通过检知管，与管内的化学试剂进行化学反应，产生变色圈，根据变色圈的长度来测定待测气体的浓度。一氧化碳检知管是活性硅胶吸附了发烟硫酸和五氧化二碘（I2O5），当CO 气体通过时，发生如下反应：(4-18)表4-3 各种检气管 检气管灵敏度/(mg/m3)抽气量/(mL)抽气速度/(mL/s)颜色变化所用试剂类型一氧化碳(甲型)204501.5黄绿蓝硫酸钯、硫酸铵、硫酸、硅胶比色一氧化碳(乙型)204501.5同上(可除乙烯干扰)一氧化碳(丙型)204501.5同上(可除乙烯及氧化氮干扰)一氧化碳251001.5白绿五氧化二碘、发烟硫酸、硅胶比长度二氧化碳104001棕黄红亚硝基铁、氰化钠、氯化锌、乌络托品、陶瓷比长度氧化氮101001白绿联邻甲苯铵、硅胶比长度二、一氧化碳检测二、一氧化碳检测一氧化碳(CO)为无色、无臭气体，分子量是28.0，对空气比重是0.967，在标准状态下1L气体重1.25g，100mL水中可溶解0.0249mg的一氧化碳(20)，燃烧时为淡蓝色火焰。一氧化碳是炼焦、炼铁、炼钢、炼油、汽车尾气及家用煤的不完全燃烧产物。更引起人们关注的是城市交通车辆增多，在交通路口车辆频繁的场所，空气中一氧化碳的含量有时竟高达5010 4%(即50ppm)。一氧化碳是大气污染监测最常见的指标之一。一氧化碳化学测定方法有五氧化二碘法、检气管法、碘量法和银胶比色法。仪器测定方法有非分散红外法、气相色谱法、汞置换法、检测管法和固体电解质原电池型检测器(定位电解法)等。其中，非分散红外法和气相色谱法应用最普遍，而前者规定作为我国环境监测中测定一氧化碳的标准方法。（一）非分散红外法（一）非分散红外法图图4-26 非分散红外法非分散红外法CO测定仪原理图测定仪原理图1光源；2切光室；3试样室；4比较室；5检测室；6金属膜片；7放大器；8指示器；9气样 由光源1发出能量相等的两束红外线，被同步电机带动的扇形切光器2切割成一定周期的断续光，其中一束光通过比较室4投射到检测室5的左侧，另一束光通过试样室3投射到检测室5的右侧。检测室有金属膜片6分隔成容积相等的左右两室，金属膜片与另一片金属构成电容式传感器。检测室的左右两室中，密封有等量的一氧化碳。比较室中密封有不吸收红外线的气体如氧气或氮气等。测定方法测定时，将待测气样导入试样室中。由于比较室中的气体不吸收红外线，因此通过比较室投射倒检测室左侧的红外线的强度不变。而经过试样室的红外线，部分地被气样中的一氧化碳吸收，因此强度减弱，气样中一氧化碳的浓度越高，红外线被吸收的就越多。而且，在一定的范围内，吸收量与一氧化碳浓度呈线性关系。于是，在检测过程中，密封在检测室左右两侧的一氧化碳接收到红外光的热能不同，产生不同的热膨胀压力，从而使左右两室间的金属膜发生相对位移，改变了电容器的电容量。这个过程使光能的变化转变为电气量的变化，再经过放大器7放大后，即可推动指示器8，反映出一氧化碳的高低。实际测定前，先向仪器的试样室中送入已知浓度CS(104%)的一氧化碳标准气，读取指示仪表的分度值us(格数或毫伏数)。再向仪器的试样室中通人待测气体，并读取指示仪表的分度值ux，即可由下式求得气样中一氧化碳的浓度Cx：Cx=1.25Cs (mg/m3)(4-19)式中 1.25一氧化碳浓度值，由“104%”单位换算为标准状态下“mg/m3”单位的换算系数，即一氧化碳的摩尔质量/摩尔体积28/22.41.25。（二）（二）气相色谱法气相色谱法 在气相色谱分析中，氢火焰离子化检定器是测定烃类化合物的高效方法。用此法可直接测定气样中的甲烷，在此基础上间接测定一氧化碳和二氧化碳。测定流程如图4-27所示，该图是在一般气相分析流程的基础上，在色谱柱与检定器之间安装了一个转化炉，其作用是将一氧化碳和二氧化碳转变成甲烷。图图4-27 测定一氧化碳的气相色谱流程测定一氧化碳的气相色谱流程1氢气瓶；2减压阀；3净化管；4调节阀；5流量计；6六通阀；7定量管；8色谱柱；9转化炉；10检定器；11放大器；12记录仪 分析气样时，通过接在六通阀6上的气体定量管7，取一定体积的气体，转动六通阀，借来自氢气瓶1的载气将气样带入装有TDX01碳分子筛的色柱谱8，在色柱谱中各被测组分得到分离，按氧(来自空气)、一氧化碳、甲烷和二氧化碳的顺序从色柱谱流出，并继续通至装镍催化剂的转化炉9在转化炉中，一氧化碳和二氧化碳均按1:1的关系定量地转变为甲烷：CO+3H2 CH4+H2O (4-20)360Ni 转化后的气体，仍按原来的顺序通过氢火焰检定器10，在记录仪12上画出各待测组分的色谱峰。实际测定前，先向色谱仪中注入已知浓度的各待测组分的标准气样，测出它们各自色谱的保留时间和峰高；再在同样条件吓，注入待测气样，测出待测气样中各组分各自色谱的保留时间和峰高。从保留时间定性确认待测气样中一氧化碳、甲烷和二氧化碳各自的色谱，从峰高由下式定量计算它们各自的浓度：（三）（三）汞置换法汞置换法(间接冷原子吸收法间接冷原子吸收法)冷原子吸收法是测定汞的特效方法，这个方法是通过汞蒸汽对253.7nm紫外线的强烈吸收作用，利用光电转换测定器测定汞蒸汽的含量进行的。此方法也可以用于一氧化碳的间接测定。汞置换法测定一氧化碳的装置如图4-28所示。图图4-28汞置换法测定一氧化碳的装置汞置换法测定一氧化碳的装置1净化器；2置换器；3低压汞灯；4汞吸收管；5光电管；6放大器；7指示仪表；8抽气泵在图4-28所示的装置中，利用抽气泵8，使气体通过净化器1，除去气样中的尘粒、水分、二氧化硫、硫化氢、醛、酮以及不饱和烃类化合物，然后进入装有固体氧化汞的置换炉2，在置换炉中，一氧化碳和氧化汞反应释放出汞蒸汽 180200 CO(气)+HgO(固)Hg(气)+CO2(气)(4-22)当汞蒸汽通过汞吸收管4时，就会吸收低压汞灯3所发出的253.7nm的紫外线，使光电管5的光电流减小，于是在显示仪表7上指示出对应于被测物浓度大小的吸光度。在实际测定前，先将已知浓度的一氧化碳标准气注入上述装置中，测定出标样的吸光度；再注入同样体积的待测气体，测定其吸光度，然后按下式计算气样中的一氧化碳的浓度 1.25 (4-23)Cx=CS式中 Cx气样中一氧化碳的浓度，单位为mg/m3；CS标样中一氧化碳的浓度，单位为104%；AS被测气样的吸光度；Ax标准气样的吸光度；1.25一氧化碳浓度值由“104%”单位换算为标准状态下“mg/m3”单位的换算系数，即一氧化碳的摩尔质量/摩尔体积28/22.41.25。在测定条件下，甲烷和氢气也能与氧化汞发生反应。但是甲烷与氧化汞的反应很慢，对测定没有明显的影响；氢气在5104%以下的时候，对测定的影响不大于仪器满刻度的1%。所以用此方法测定一氧化碳具有较好的选择性，灵敏度也高。但与上述两种方法相比，因净化管中除去干扰物质的净化剂(无水氯化钙、变色硅胶和分子筛等)，特别是置换炉中的氧化汞，使用一段时间后就会失效，要进行活化或更换，因此，没有非分散红外法和气相色谱法那样方便。（四）固体电解质原电池型检测器（四）固体电解质原电池型检测器 固体电解质原电池型检测器是一种可能做成像钢笔一样小巧的便携式检测器，有多孔电极(又叫工作电极W)和对电极C组成原电池的两极。对电极用滤纸或其他纤维浸渍适当的电解质溶液制成，多孔电极也浸渍有电解质，两电极之间用半透膜隔开。不接触待测物时，两电极处于相同情况，不产生电流。当其处在被污染的空气中时，由于被测气体的渗入而产生电极反应，产生的电流经过放大器放大后，由指示器读出被测物的浓度。有的后面不用放大器，直接用一只灵敏的微安表即可进行显示。本检测器利用控制电位电化学原理工作，所以本检测方法又被称为定电位电解法。现以AT2型一氧化碳测量仪为例说明这类一起的工作过程，其工作原理方框图如图4-29所示。图图4-29 AT2型一氧化碳原理方框图型一氧化碳原理方框图1电源；2恒电位环节；3传感器；4放大器；5温度补偿；6指示电表 被测量的一氧化碳，通过传感器聚四氟乙烯薄膜扩散到工作电极W，电极W受到恒电位环节的控制作用，具有一个恒定的电位，一氧化碳在W电极上发生氧化反应，同时在电极C上发生氧的还原反应。W电极：CO+H2OCO2+2H+2e 电动势 e01=0.12VC电极：O2+2H+2eH2O 电动势 e02=1.23V总反应：CO+O2CO2 总电动势 e03=1.35V图4-29中R是参考电极，给定一个恒定电位。于是在传感器工作电极W和对电极C之间，产生一个固定电动势，就有微弱的电流通过，在一定范围内，该电流大小与一氧化碳浓度成比例，即下式：(4-24)在工作条件下，电子转移数n，法拉第常数F，反应面积A，扩散常数D和扩散厚度均为常数，因此，测得极间电流i，即可获得一氧化碳浓度C。实际仪表中，电流i经放大后由电表直接指示一氧化碳的浓度值。三、硫化氢的检测三、硫化氢的检测硫化氢是无色有臭鸡蛋味的气体，化学性质不稳定，在空气中容易燃烧。硫化氢是生产过程中使用硫比钠或酸类作用于硫化物而产生的气体。硫化氢对中枢神经系统，上呼吸道系统有较强的刺激，易引起中毒。低浓度硫比氢中毒症状为头痛、头晕、恶心、呕吐；高浓度硫化氢中毒症状为昏迷、意识突然丧失、窒息死亡。对硫化氢的测定常用亚甲基蓝比色法(使用检定管)。另一种测量硫化氢的方法是三端电化学原理的库仑池滴定式H2S检测方法，该仪器采用气泵抽气取样。库仑池有三个电极：铂丝阳极、铂丝阴极和活性炭参考电极。库仑池中电解液为碱性碘化钾。当被测气体连续地抽入仪器，过滤后进入库仑池；而恒流源供电电流从阳极流入，经阴极和参考极流出，这时阳极氧化碘离子产生碘分子(2II2+2e)，抽入的气体带动电解液循环流动，碘分子被带到阴极后，又被还原成碘离子(I2+2e2I)。如果吸入气体中不含有H2S，当碘浓度达到平衡后，阳极电流等于阴极电流，此时参考极没有电流流出。如果气体中含有H2S，则与溶液中碘分子反应，形成碘离子，从而降低了流入阴极的碘分子浓度，即降低了阴极电流，降低部分由参考极流出，此时阳极电流等于阴极电流与参考极电流之和。而参考极电流与H2S浓度成正比例，经放大后由电表指示或报警。图4-30 库仑池滴定式H2S检测报警仪工作原理四、红外线气体分析四、红外线气体分析除惰性气体及O2、N2、H2双原子气体外，大多数气体和蒸汽都具有吸收一定波长范围的红外光的性质，如表43 所列。当红外光透过气体试样时，某一波长范围内的光强度因气体吸收而减少，光强度减少量与气体浓度成正比，浓度大，光强度减少量大，根据测出的光强度变化情况即可获得气体浓度。根据朗伯一比尔辐射衰减定律，各种气体吸收红外光强度与气体浓度关系如下式：(4-25)式中I0，I被气体吸收前、后的光强度；C 介质浓度，106;L 辐射穿透气体的厚度（气室长度）,mm;K 气体介质对人射光的吸收系数。由式（425）可看出，若气室长度一定，入射光强度一定，则透过光的强度与气体浓度大小有关。图图431 红外线吸收检测仪器结构原红外线吸收检测仪器结构原理图理图1窗口；2气室；3电容定片；4电容动片 其由两组相同的光学系统组成，一组为比较部分（也称基准部分），另一组为测定部分。工作时，红外光同时通过两个气室，如果检测气室气体不含有待测气体，则气体成分与基准气室相同，两气室成分一样，两束红外光穿过两气室之后，光强度相同；当检测气室含有待测气体，红外光通过时，因气体吸收作用（吸收强度与检测室内待测气体浓度成正比），使红外光强度降低，最终到达检测器的红外光强度比原来减小，两束光出现强度差，强度差大小由检测器气室检测转变为电量。检测器内封装高浓度待测气体，气室中间安装一可动的金属薄膜将检测器分隔成两个小密封气室。当两束强度不同的光分别进人薄膜两侧的两个小气室时，小气室中密封的气体吸收红外光线发生热体积膨胀，一侧进人的光强度大，气室气体体积膨胀也较大，另一侧进人的光强度小，气室内体积膨胀也较小，因而两气室存在压力差，薄膜产生位移，测量位移量大小取决于两气室的气体膨胀压力差。为了测量这个位移，设置了一个电极一金属薄膜构成的电容，测出电容量的变化就可测得待测气体的浓度。切光片作用是把红外光源变成断续的脉冲光，使光源按一定频率射入检测器，光线被调制后，检测器的电容量也按此频率变化。在电容两极间加上一定电压后，电容就重复地进行充电和放电，充、放电电流大小取决于电容量变化幅度，此电流经高阻产生的压降值送至放大器放大，最后由表头指标。红外线光源是用镍铬丝制作的热丝，流过电流为1A，将其加热至800 时，就放射出红外光线。该红外线光源是由两个特性相同的热丝串联组成的。干扰气室的作用就是吸收掉对检测有影响的干扰气体吸收波段的辐射能。因此，工作光源发出的光束，通过干扰气室再进人检测气室时，其辐射能的变化只与被测气体的浓度有关。红外吸收法检测气体浓度，选择性强，灵敏度高，不受背景气体影响，稳定性好。但是这类仪器体积过大，成本高，适用于实验室使用。目前这类仪器用做一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等气体的检测，特别是检测一氧化碳（CO）时，是精度最高的仪器之一。作业P66 16、17、18、20、21、22作业
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