第五章气体成分检测介绍

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开路红外检测原理
–双光束概念 参比光束 吸收光束 –测量值%LEL.米
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优点与局限性
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优点 – 有精度高，响应极快 – 传感器寿命长 – 探头不会中毒 – 可在高浓度气体或缺氧环境下工作 – 低维护性，无需频繁标定 局限性 – 与点式红外比，不能确定漏源 – 成本高 – 发射源及探测器间需无障碍通路
• 可燃性气体和氧气必须在正确的比例范围内才能燃烧
• 足够的点火能量使温度上升并产生反应
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点火能量
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点燃空气中可燃性蒸汽/气体所需的最小能量(mJ)
– 例如: • 氢气: • 甲烷: • 己烷: • 氨气:
0,01 0,28 0,24 680,00
mJ mJ mJ mJ
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CO2对人的影响
CO2的影响 可改变大脑血管的血流速度，头痛， 4-6 Vol% 40.000-60.000 ppm 头昏眼花 6-8 Vol% 60.000-80.000 ppm 犹如中了箭毒似的麻痹瘫痪 燃烧的蜡烛可熄灭，痉挛，快速失去 8-10 Vol% 80.000-100.000 ppm 意识并死亡 20 Vol% 200.000 ppm 几秒钟内即致死 0.5% Vol 5000 ppm TWA值
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LEL and UEL...
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爆炸范围
16
VOL% 4,4
甲烷
100% LEL
UEL
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空气中的爆炸等级
气体名称 甲烷 乙烯 丙烷 戊烷 壬烷 氢气 硫化氢 一氧化碳 分子式 CH4 C2H4 C3H8 C5 H12 C9H20 H2 H2S CO Mw (g) 16.04 28.05 44.10 72.15 128.26 2.02 34.08 28.00 爆炸极限 (vol%) 4.4---16.0 2.3---34.0 1.7---9.5 1.4---8.0 0.7---5.6 4.0---76.0 4.0---46.0 11.0---75.0
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LEL 和 UEL 的作用...
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测爆方法
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0-100% LEL 量程 – 催化燃烧 – 点式红外 – 开路红外
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催化燃烧传感器设计
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惠斯顿电桥
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传感器中毒
只对可燃性气体起 反应
中毒 (H2S, 硅元素, 氟利昂, 氟化碳氢化 合物) 会降低灵敏度
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蒸气压
煤油
汽油
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闪点
使液体可以产生足够的蒸气来引起燃烧的最低温度
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液体的分类与闪点有关
– – – – < 21o C 21o C 55o C > 55o C< 100o C 100o C
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闪点
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定义
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可燃性气体
– – – – Ex LEL UEL Vol% 爆炸性 (检测范围) 低爆炸极限 高爆炸极限 体积百分比
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热传导传感器原理
–气体由于热交换而引起温度 不平衡
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–这个温度差异被电子放大并 相应的被显示成气体的浓度 值
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优点与局限性
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优点 – 检测范围大，工作稳定性好、使用寿命长、不存在触 媒老化的问题。具有较高的稳定性和可靠性。具有"广 谱"性，可以检测几乎所有的气体。既可以检测所有可 燃性气体，也可以检测惰性气体。而且在被测环境中 有氧或无氧的情况下都可以实现气体浓度的检测。 局限性 – 非特定性，与其他化合物有交互敏感作用 – 输出信号非线性 – 存在检测精度差、灵敏度低、温度漂移大等缺陷
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气体传感器的分类
• 按照结构分：
红外吸收式 干式 气 敏 元 半导体式 半导体陶瓷型 厚膜型 薄膜及超微粒子
接触式燃烧
固体电解式
导热率变化式（热线、热敏）
湿 式
件
以固定电位电解式为代表（极谱式、原电池 式）
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可燃气体检测
什么是燃烧?
• 燃烧 = 可燃性气体和氧气间的反应 • 没有氧气的燃烧 = 不可能
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缺氧的影响
缺氧的影响 高于 19,5% 正常生活的必需值 具有危险，不能进入，需使用自供式呼吸器 14 - 19,5 % (SCBA) 12 - 14 % 呼吸费力，脉搏加快，肌肉协调能力变差 10 - 12 % 呼吸浅而快速，晕眩，判断力差，嘴唇变紫 恶心，呕吐，不省人事面色苍白 8 - 10 % 6分钟 = 50% 致命 , 8分钟 = 100%致命 4% 40内昏迷，痉挛，呼吸停止 ，死亡 0% 昏迷，10秒钟内死亡
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点式红外检测原理
–两个探头敏感性对应不 同波长范围 –可燃性气体会吸收某一 波段的红外线 –到达两个探头的红外线 强度之差转换成气体浓度
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优点与局限性
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优点 – 精度高，响应极快 – 传感器寿命长 – 探头不会中毒 – 可在高浓度气体或缺氧环境下工作 – 低维护性，无需频繁标定 局限性 – 成本略高
• 第5章 气体成分检测
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为什么检测?
• 为了保护工人的健康和生命安全 • 为了保护固定资产不受损害
• 为了履行地区及国家法律法规
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检测什么?
危险气体/蒸气
Ex (Vol%) (%LEL) (%UEG)
O2 (Vol%)
Tox (ppm) (ml/m3) (mg/m3)
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催化燃烧传感器
• 至少需要 9% VOL O2 才能正确测量
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惠斯顿电桥
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优点 – 使用寿命长，响应较快 – 受温度、湿度、压力影响小 – 成本低 – 可检测多种可燃性气体或蒸气 局限性 – 传感器易中毒 – 需一定量的氧气 – 高浓度气体下使用寿命将缩短 – 视环境需定期维护
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用什么监测？
• 气体传感器 利用物质的理化性质受气体作用后发生变化的原理
• 传感器满足的条件： • 1）能检出爆炸气体允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基 准设定浓度，并能及时给出报警、显示和控制信号。 • 2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感 • 3）性能好、稳定性好 • 4）相应速度快，重复性好 • 5）维护方便，价格便宜 • 由于气体种类繁多，性质各异，不可能用一种方法来检测各 种气体，其分析方法也随气体的种类、浓度、成分和用途而 异