有毒气体检测技术

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,检测技术,有毒气体的检测,1,常见的有毒气体,有毒气体,一氧化碳,二氧化碳,氮氧化物,二氧化硫,2,有毒气体检测发展史,-井下施工,一氧化碳是矿工们关心的重要危险之一，由于缺乏警报特性常常会使工人在不知不觉中处于极为危险的浓度之下。使用一些小动物，像鸟、比如著名的矿井金丝鸟就成为在那个时代的定量检测有毒气体无可奈何的方法。后来又出现了测量一氧化碳的比色管，并且在存在这种危险气体的各种场合得到广泛应用，以后又有了检测氧气浓度的比色管出现。,3,有毒气体检测发展史,-油轮防爆,1926年火烧连营般的油船爆炸促使加利福尼亚的标油公司发起研制开发可燃气体直读指示器的工作，在1927年Oliver W.Johnson 发明并提出了一种利用可燃气体在一个铂丝上催化燃烧机理的便携式可燃气体检测器。即使是70年后的今天，在大多数密闭空间检测中用到的检测器仍然采用这种原理。,4,气体检测传感器分类：,气体检测传感器,催化燃烧传感器,电化学传感器,半导体传感器,离子化检测器,固态传感器,5,催化燃烧式传感器原理,它的原理是一个惠斯通电桥。在这其中的一个铂金丝电桥上涂有催化燃烧物质，不论何种易燃气体，只要它能够被电极引燃，铂金丝电桥的电阻就会由于温度变化发生改变，这种电阻变化同可燃气体的浓度成一定比例，通过仪器的电路系统和微处理机可以计算出可燃气体的浓度。,6,催化燃烧式传感器原理,7,催化燃烧式传感器原理,测量时，要在电桥上施加电压使之加热从而发生催化反应，这个温度大约是500或者更高。正常情况下，电桥是平衡的，V1=V2，输出为零。如果有可燃气体存在，它的氧化过程会使测量桥被加热，温度增加，而此时参比桥温度不变。电路会测出它们之间的电阻变化，V2 V1，输出的电压同待测气体的浓度成正比。,8,催化燃烧式传感器原理,催化燃烧传感器可以对大部分的可燃气体产生响应。特定气体在测量桥上燃烧产生的热量就反映了它的燃烧热，而后者会随各类物质性质改变。所以，不同物质即使在相同浓度下也会产生不同的仪器读数。要记住，仪器测量的是电阻的变化而不是浓度的变化！不同的气体在测量桥上的行为会有很大的不同。通常，较大的分子会产生更多的燃烧热。另一方面，较小的分子更容易进入测量头的烧结结构进行反应。,9,催化燃烧式传感器原理,10,电化学传感器原理,将两个反应电极-工作电极和对电极以及一个参比电极放置在特定电解液中（如上图如示），然后在反应电极之间加上足够的电压，使透过涂有重金属催化剂薄膜的待测气体进行氧化还原反应，再通过仪器中的电路系统测量气体电解时产生的电流，然后由其中的微处理器计算出气体的浓度。,11,电化学传感器原理,特定气体电化学传感器包括下面几部分：可以渗过气体但不能渗过液体的扩散式隔膜；酸性电解液槽（一般为硫酸或磷酸）；传感电极；测量电极；参比电极（三电极设计）；有些传感器还包括一个可以滤除干扰组份的滤膜。,12,电化学传感器原理,13,电化学传感器原理,一氧化碳在电化学传感器上的氧化过程：,CO在传感电极上的氧化：,CO+H2O-CO2+2 H+2 e-,计数电极通过将空气或水中的氧气还原对此进行平衡。,1/2 O2+2 H+2 e-H2O,14,电化学传感器原理,在检测过程中消耗的物质仅仅是CO分子、电能和氧气，这也是非消耗型传感器寿命较长的原因。传感器的寿命同它所测量污染物无关，传感器仅仅是测量的催化剂。在检测过程中传感器没有任何的消耗，它可以通过环境中的氧气和微量水分得到补充。,15,电化学传感器原理,16,电化学传感器,17,电化学传感器,18,金属氧化物半导体传感器,半导体气体传感器是电阻型化学传感器中的杰出代表。这种传感器的结构非常简单。不论是烧结型还是薄膜型，都含有两对电极。其中一对电极用于量测半导体的电阻变化；另一对电极用于加热半导体，以便使吸附气体分子尽快从表面逸出，从而开始新的样品量测。,19,金属氧化物半导体传感器,金属氧化物半导体传感器（MOS）由一个金属半导体（比如SnO2）构成。在清洁空气中，它的电导很低，而遇到还原性气体，比如一氧化碳或可燃性气体，传感元件的电导会增加。如果控制传感元件的温度，可以对不同的物质有一定的选择性。,20,半导体传感器特点,这种传感器主要使用半导体气敏材料,由于具有灵敏度高、响应快等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。,21,金属氧化物半导体传感器原理,22,比色管测量原理,比色管技术采用了一种可以与待测气体发生反应并变色的试剂进行检测。,比色管技术是一个实时检测技术，它既可以针对宽范围的有毒物质进行初步确认，也可以针对特定的物质进行测量。,23,比色管测量原理,比色管是一个充满硅胶、活性铝或其它介质的短玻璃管。其中的介质可以与特定气体成分发生反应而改变颜色。使用时，打碎玻璃管的两端，将管子插到一个手泵或自动泵之上（其采样体积已经校正），吸取一定时间。特定气体会同管内介质反应出现一个颜色带，颜色带的长度同气体的浓度成正比。管子的外部一般都有刻度，可以直读出气体的浓度。管上还会标有其它的操作信息，如抽取次数、采样体积等等。,24,比色管测量原理,25,比色管测量原理,下面举一氧化碳比色管的例子。其中，吸入的CO气体将比色管内五氧化二碘中的碘还原为碘单质，产生褐色色带。,CO+I2O5+H2S2O7-I2+CO2,26,各种传感器的性能比较,27,各种传感器的性能比较,半导体气体传感器具有灵敏度高，响应速度快，维修性和经济性好等优点，利用半导体气体传感器可以对多种气体进行检测。目前，市面上有许多传感器产品是采用半导体气体传感器原理进行气体检测的。,28,各种传感器的性能比较,29,常用的半导体传感器,用于氨气检测的半导体气体传感器,MQ137 半导体气体传感器,图1.1 MQ137 半导体气体传感器,30,MQ137 半导体气体传感器性能,31,其它半导体传感器,臭氧检测,：,MQ131 半导体气体传感器,图1.3 MQ131半导体气体传感器实物图,空气污染检测,：,MQ135 半导体气体传感器,适宜于氨气、氮氧化合物、乙醇、芳香族化合物、硫化物、烟雾、二氧化碳等的探测。,图1.6 MQ135半导体气体传感器实物图,32,其它半导体传感器,硫化氢检测；,MQ136 半导体气体传感器,有机蒸汽检测：,MQ138半导体气体传感器,适宜于醇类、酮类、醛类、笨类、芳族化合物等有机溶剂的探测。,图1.8 MQ136半导体气体传感器实物图,图1.10 MQ138半导体气体传感器实物图,33,THE END,34,