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1、 气体检测及应用手册前 言美国Industrial Scientific公司（中文名称：美国英思科公司）是国际化设计、制造和销售便携式和固定式有毒有害气体检测仪的专业公司。Industrial Scientific公司的产品涵盖了有毒有害气体检测的各个方面，包括了便携/固定式仪器，单一/复合气体、有机/无机气体检测，仪器管理服务平台等等各个方面的系列产品。Industrial Scientific公司的历史可以追溯到美国国家矿业服务公司的研发部（Research Division of National Mine Service Company (NMS)），1976年，该部门就开发研制了得到
2、国家煤矿安全和健康局认证的甲烷测量仪，随后又开发出一些列检测其它易燃易爆碳氢化合物气体的检测仪。1985年1月，这个开发部改制成Industrial Scientific 公司。 中国最庞大的下载资料库 (整理. 版权归原作者所有)土 如果您不是在 网站下载此资料的, 不要随意相信. 请访问cnshu, 加入 必要时可将此文件解密成可编辑的doc或ppt格式随着不断地增加在研发和设计上的投入，Industrial Scientific公司的产品系列迅速扩大，不少还申请了专利。Industrial Scientific已经成为全球坚固可靠的气体检测仪器的代名词。1993年6月，Industria
3、l Scientific公司在美国纳斯达克(NASDAQ)以ISCX名义上市，并在1994年成为美国工业制造业第一批通过ISO9001认证的企业。这一认证表明Industrial Scientific公司正致力于使自己的产品成为具有最高品质的生命保护仪器。 Industrial Scientific引领着创新和服务并重的工业理念。Industrial Scientific的信念就是向全球用户提供超值的有关危险环境的传感技术、软件、电子和机械的解决方案。 今天，Industrial Scientific一直致力以100%的承诺向用户提供更加结实、可靠、操作简便的检测仪器。Industrial S
4、cientific坚定地认为要为了正确的理由选择正确的做法，因此，1999年5月，Industrial Scientific放弃了在NASDAQ的上市，其目的就是集中精力加强长期的技术开发、以便提供更好的用户服务。Industrial Scientific的宗旨就是提供最可信赖的产品和最好服务。Industrial Scientific在全球市场的领先地位同样也证明它的能力。依靠着严格的质量标准，Industrial Scientific可以承诺对自己的仪器提供终身的保修。本应用手册的内容本应用手册根据Industrial Scientific公司几十年的气体检测经验，着重向用户介绍一些基本的
5、气体检测知识，特别介绍了最新的光离子化检测器的原理和在环保中的应用。目 录第一章 有毒有害气体的检测原理2简介2一、气体检测器的发展历史3二、各种有毒有害气体的检测方式3（一）、氧气的检测3（二）、可燃气体和蒸气的检测7（三）、有毒气体和蒸气的检测14第二章 如何选择气体监测仪器24第三章 PID光离子化监测仪32第四章 光离子化检测器在应急事故中的应用36附录一 PID与美国EPA21环境泄漏检测42附录二 有毒有害气体参数42第一章 有毒有害气体的检测原理简介随着工业化的发展，有毒有害气体已经成为我们在生产和生活中不得面对的危险来源。包括石化企业、化工行业、环保应急事故、恐怖袭击、危险品储
6、运、垃圾填埋乃至城市污水处理、各类地下管线等等各个方面，我们可能在不知不觉中就会受到危险气体的威胁。以人为本的观念需要我们随时随地关心我们的健康和安全，各类泄漏爆炸又不断造成社会危机和公共财产的破坏。然而，各类气体的检测永远是一项复杂的工作，选择一个合适的气体监测仪就更加困难。根据ISC（Industrial Scientific）公司在世界各地（包括中国）几十年气体检测的经验经验，我们汇编了这个选择指南，使读者对用于气体监测的各种传感技术有所了解。而对不同的仪器类型的介绍将有助于用户选择一个最适合的气体监测器。目前，较为常见的用于现场检测气体传感器类型包括：电化学传感器、红外传感器、催化燃烧
7、传感器、光离子化检测器、固态传感器，半导体传感器等。所有的气体传感器技术都是借助于气体本身的物理或者化学性质，通过光电技术将其转化为可被电子线路处理、放大、传输的电信号。因此，作为相对检测技术，所有的气体监测仪器都必须经常用标准浓度的气体进行标定。同时，尽管这些传感器的制造越来越精致，但它们还会由于本身原理的局限而无法达到分析仪器的性能指标，还难以作为气体定量分析仪使用，它们的气体浓度读数最好的应用是用做指出所在场所安全与否。但无论如何，这类传感器所提供的相关的气体浓度还是会在安全、环保以及公共卫生方面起着重要的作用。作为现场安全仪器，这类气体监测仪会在有害气体存在时实时检测出浓度值，并在其超
8、过一定限度时，立即发出警报指导人们行动。为了适应不同用途，这类仪器一般采取便携式或固定式的方式，具有操作简单、维护方便、价格合理等特点。迄今为止，还没有对某种气体特效的气体传感器。如果需要更高的选择性则还是使用分析仪器。现在用于气体监测的分析仪器很多，比如：付立叶变换红外、气相色谱和质谱等等。这些仪器可以提供最为准确的和高选择性的气体浓度数据。但是它们一般都比较昂贵，并且由于维护费用较高、响应时间较长、体积较大、操作繁琐、不能即时反映现场浓度等等而不太适合于现场气体监测。而作为试验室气体监测仪器，它们往往充当最后的评判。危险气体的检测是一个系统的管理工程，我们需要在认识各类有害气体的发生、发展
9、、存在的基础上确定需要检测的气体，选择合适的检测器以保障各类人员及工矿企业的安全。密闭空间（包括反应罐、油罐、缺乏良好通风的车间、地下管道、地下排水沟、地下储藏罐、船舱等等）是需要进行有害气体检测的重要场所。任何即将进入和已经进入密闭空间进行工作的人员都必须时时刻刻地监测工作场所内部的有毒有害气体的浓度，而这些危险组份既可能在工人进入密闭空间之前就已产生存在，或者由于他们在其间的活动形成。绝大多数的事故发生都在于缺乏工人进入密闭空间之前和在其中工作过程中对于危险气体的检测。石油化工和其他化工企业是有毒有害气体存在较为普遍的场所，从原材料、生产过程、产品储运等各个方面都会发生易燃易爆气体、有毒有
10、害气体的发生和泄漏。随着工业品的广泛应用，环境应急事故的处理也越来越多地摆在各级政府、事故处理队伍的面前。如何在事故发生之前对有毒有害气体进行监控、在事故发生过程中对有毒有害气体进行跟踪，在事故发生后对环境和人员残留进行检测，这也是气体监测仪器在环境应急事故中的最基本的应用。美国911恐怖袭击以后，人们对于恐怖分子的作案手段变得草木皆兵，生化威胁也在全球造成了极大的恐慌。日本地铁沙林毒气就是这种威胁的一个实际例子，当时由于缺乏必要的气体监测设备，人员恐慌造成的死亡人数大大高于由于气体毒害在造成的死亡人数。因此，必要的合适的气体检测技术已经深入到我们生活的方方面面。一、气体检测器的发展历史美国国
11、家职业安全和健康研究院(NIOSH)和美国国家职业安全和健康局(OSHA)发表的研究报告都表明很多致命的工业事故都同所在空间的气体组份有关。在工业场所，一氧化碳、硫化氢中毒的事故时时都可能发生，而缺氧等事故最有可能发生于密闭空间的环境中。易燃易爆气体的存在更是严重威胁着石化工厂、煤矿等各种工业场所的安全，这类气体的爆炸事故不仅会严重破坏工厂设施，同时也会造成社会恐慌等社会问题。矿工可能是最早认识到需要一种检测危险气体装置的工人。矿井中的气体组份代表了各种各样的危险情况，这其中遇到的有毒气体包括：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等等，还包括氧气不足的情况。当然，矿井中存在的甲烷可能是全世界
12、的工人所遇到的最大的威胁，由于甲烷没有任何的色味先兆，所以可能在不知不觉之间达到发生爆炸的浓度。当甲烷积聚到了立即爆炸的浓度，任何的火源的出现，比如工人的矿灯都会引起爆炸事故。第一个可燃气体指示器，Davy 灯的出现，为工人的安全提供了保障。这种灯的变种现在仍然应用于矿井的安全检测领域。一氧化碳是矿工们关心的重要危险之一。同样，它也由于缺乏警报特性常常会使工人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。船
13、舰上密闭空间存在有害气体的危险是对于发展现代气体检测装置的另一个刺激。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可燃气体检测器仍然采用这种原理，当然，它们已经融入了更多的现代技术成分。1960年，第一代的电化学氧气传感器的发现很快使氧气的实时检测也出现在便携仪器之中。今天的工人已经有了更多的选择，使用各种原理制造的检测管、检测仪随处可见。现在工人面临的问题是：对于特定的
14、环境如何选择合适的检测技术。到今天，气体检测技术已经成为现在光电技术的受益者。我们可以应用各种各样的气体检测技术，包括：光离子化、红外、半导体等等先进技术。他们都有其特定的监测原理和应用领域。二、各种有毒有害气体的检测方式（一）、氧气的检测 一般概念氧气检测对于进入密闭空间和进入某些低于地面开放空间都十分重要：原因就在于高于空气密度的其它气体，比如汽油、硫化氢等会向下方向聚集，从而置换出空间中的氧气。氧气浓度检测要考虑到两个浓度点：氧气浓度太低会造成窒息；而超过常量的过量氧气可能会引起不可想象的对燃烧或其它的化学反应的加速或提高。氧气在正常空气中的浓度大约是20.9%，与之平衡的(超过78%)
15、的主要是氮气，其余的包括少量的水蒸气、一氧化碳和其它的微量气体。大多数的密闭空间的标准和执法部门，比如OSHA，都以氧气的体积浓度判断其是否不足，通常的下限是19.5%，这也是大多数制造商在他们仪器上设置的低报警点。有些执法部门也会用气体分压来替代浓度表示氧气不足。 在这种情况下，若氧气分压低于16.3 kPa 或者122 mm 汞柱则认定氧气不足 (16.3 kPa的氧气分压大约相当于海平面上16.3 % 的氧气浓度)。 采用分压的理由是人体更多的是依赖于氧气分压而不是浓度进行呼吸。采用标准的不同也就带来了测量方式的不同，对此我们以后还要进行讨论。某些制造商设定的氧气传感器的校正浓度值是21
16、.0 %，而更多的厂家选择为20.9 %。对于氧气过量的定义，OSHA 在1910.146 密闭空间进入规则“中选定为23.5 %。而在1915-附件B，船厂用工条例中规定为22% (OSHA 1993, OSHA 1994) 。后者也是其它组织，如国家防火协会(NFPA)所推荐的标值 (NFPA 1993) 。较为保守氧气过量的标准应当是22%。因此，越来越多的仪器都使用22%作为氧气过量的警报值。在较高浓度的氧气环境中使用的检测仪器必须经过测试或要求仪器商提供可以在此环境下的使用许可。大多数的仪器不保证在很高氧气浓度下的本质安全。因此，仪器上的标签必须注明不可以在氧气浓度超过某一氧气浓度中
17、使用。常见的仪器警示如下： 本仪器的本质安全仅在爆炸气体/空气（21%氧气）混合条件下进行测试。该仪器不可在氧气浓度超过23.5%的环境中使用。用户如果需要在富氧环境中使用任何仪器都要参考仪器说明书或直接同制造商联系，确认仪器的使用限制。只要氧气浓度在20.9%以外（或者是有的仪器的21%）都表明处于不正常的状态。低于正常浓度的氧含量表明其它组份的浓度的不正常或者有污染物的存在。此时，即使是氧气的浓度没有超过危险限定，在进入密闭空间之前，用户需要确认引起这种不正常读数的原因。最为安全的措施是只有仪器的读数同“新鲜空气”中相同才能进入密闭空间。唯一的例外是确切知道非正常读数的原因或者条规条例明确
18、规定了允许进入此种环境。燃料池氧气传感器很多便携式仪器安装的都是燃料池氧气传感器，它主要由以下几部分组成：扩散栅、由金或铂等贵金属制成的传感电极(阴极) 、由铅锌等金属制成的工作电极 (阳极) 、电解液 (比如氢氧化钾溶液或醋酸钾溶液)，另外还有外部湿度栅或过滤膜等等目前便携式仪器使用的氧气传感器都是以铅为工作电极：. 扩散到传感器上的氧气在阴极上被还原为羟基：O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-羟基离子铅电极上被氧化：2 Pb + 4 OH- 2 PbO + 2 H2O + 4 e-整个的一个反应方程式为：2 Pb + O2 2 PbO燃料性氧气传感器产生电流正比于所消耗的氧气的量
19、。氧气检测仪器通过检测传感器输出的电流得到氧气浓度。当然这也是最简单的氧气检测器。. 氧气传感器中的电解液应当是缓冲溶液或者不至于被一氧化碳中毒或破坏的溶液（比如醋酸钾溶液等等）。电解液最好应当是糊状而不是液体状态。使用胶体电解液可以降低干涸趋势从而在低温时显示较好的性能。工作电极一般也不是一个整个的铅棒，而通常是由铅丝或者其它更为细小的金属构成的棒状，这样来保证最大的比表面积以便更容易接触和吸附氧气进行反应。 另一种考虑是温度补偿电路、电流接收电路，后者的作用是将电流转化为电压。当然，在设计上也会有其他的折衷考虑。比如，改善低温性能可能会降低反应时间、电流输出、传感器寿命或者其它的性能指标。
20、不同的设计思想的目的都是使氧气传感器的性能可以满足特定的需要。当然，所有设计都要保证氧化铅的形成时间要长于传感器的寿命。因为一旦铅转化为了氧化铅，传感器中的空间就会被固体占据。如果在设计的时候忽略了这一点，传感器就会爆裂，相应地会导致电解液泄漏到昂贵的电子线路板上。从上面的讨论中可以看出，燃料池中的工作电极是不断被消耗的，当铅电极的所有表面被转化为氧化铅，电化学反应就将停止，电流输出为零。此时，就要更换传感器。燃料池传感器的寿命大致可以维持一到两年。在大多数的仪器中，即使是在关机状态，传感器也在产生电流和消耗。有些仪器通过切断电路避免电流流动来增加传感器的使用寿命。但这种方式的弊端在于仪器开启
21、时重新平衡的时间加长（可能需要几分钟）。在重新平衡过程中，电流将重新流过电路。重新平衡需要较长时间的原因是扩散到传感器上的氧气已经积聚到了电极之上，而去除氧气的办法就是通过电化学反应将其转化为氧化铅。只有将积聚的氧气消耗殆尽才能得到准确的测量结果。一般仪器的做法是采取仪器开启后“倒计时”的办法，读数开始会很高然后慢慢下降达到稳定数值。如果仪器具有此项功能，则在仪器达到重新平衡之前不要进行调零或者校正操作。大气的温度同样会对燃料电池氧气传感器的输出有影响。大气越暖和，电极反应越快。因此，氧气传感器一般包括一个温度补偿负载电阻来保证电流输出稳定。现在越来越多的仪器使用软件方法达到此种目的。温度太低
22、会大大限制仪器的性能，一般用于氧气传感器的电解液的冰点大约为-20C。一旦电解液结冰，电极输出液就是零。使用胶体电解液的电极的低温性能可能要好一些。传感器失效的机理有些氧气传感器长期暴露于酸性气体，比如二氧化碳等，其性能会受到一些影响。大多数的氧气传感器不可以在二氧化碳浓度超过25%的环境中连续使用。在有些情况下，长期暴露于酸性气体条件下会损坏碱性电解液，并且会产生电流输出影响氧气浓度的测量。在极端环境中使用仪器也会对测量产生影响。所谓极端条件就是超出仪器参数的条件。如果要在任何非常或极端的环境中使用仪器，用户必须事先参考说明书或同制造商沟通。这些条件包括在极低或极高温度和另外一些可能引起问题
23、的使用条件：惰性气体环境；腐蚀性气体环境；含有高浓度易燃气体环境；含有高浓度其它已知的危险气体环境；过湿、过潮或过脏环境等等。在仪器本身不会产生点燃环境气体或者是本质安全的情况下，在超出设计参数的情况下使用可能会得到非常差的结果。正如前面指出的那样，燃料传感器的工作电极是随时消耗的。当所有的铅电极上的可用表面都转化为氧化铅后，电化学活性停止电流输出为零。这也是用户经常碰到的传感器失效的类型。这种失效也是很容易识别的，因为一旦电流输出低于仪器下限，氧气不足警报会激活。此时只有更换传感器。否则，仪器是无法正常工作的。有些情况可能会引起较高的输出，这是一种非常危险的情况，因为它很难被用户察觉。其原因
24、可能是机械的。如果有此故障，当氧气不足时，仪器可能显示的却是安全。毛细管型氧气传感器是通过一根直径较小的管道将氧气扩散到传感器上的。堵塞可能会降低到达传感器上的氧气量，这会导致电流输出降低。此时，如果在正常环境中使用，仪器可能会出现氧气不足的提示，而如果在富氧环境下使用，会得到错误的结果。由于传感器室的损坏，比如撞裂会产生一个新的扩散氧气的通道，使得更多氧气进入，也会产生一个错误的较高读数。电解液中的气泡也会产生一个较高的读数。当含有气泡的电解液突然由一个较为温暖的环境进入一个较冷的环境之中时，温度的变化会引起气泡的突然收缩，传感器内部压力的降低会使更多的氧气进入，导致输出增加和错误的高读数。
25、这种情况在将室温条件下稳定的传感器突然拿到冬日室外时很容易产生。但是，这种情况不会持续很久，一旦气泡在新的温度下稳定，读数也就回到了正常状态。当读数较高时进行零调整或校正是非常危险的，如果读数再回到正常状态，读数就不会正确。当然，对此做些预防还是比较简单的，即在已知浓度的气体中校验仪器的准确度！这种建议适合于所有仪器上的传感器，而不仅仅是氧气，这也是目前最为稳妥的方法。校验氧气传感器准确度的混合气体的氧气浓度要低于20.9 %。这主要是因为，当仪器暴露于这个浓度氧气的混合气体之中时会激活它的警报。也就是说，如果仪器工作正常，仪器会显示气瓶上的浓度值并发出低氧警报。如果在现场得不到合适的校正气体
26、，要保证仪器在空气中的读数为20.9%，然后向传感器呼气，此时，读数会有所下降（大多数情况下会激活低氧警报）然后回复。如果仪器读数不下降或者需要较长时间回复就表明传感器发生故障。表2列出了燃烧式氧气传感器的失效机理。表2 燃烧式氧气传感器的失效机理导致较低输出的原因：所有的可用电极表面都转化为了PbO2由于暴露在其它气体中使电解液中毒电解液泄漏干涸毛细管堵塞导致较高输出的原因：传感器室或毛细管的损坏 电解液中有气泡存在 图 2 单传感器氧气检测仪 (T82, Industrial Scientific Inc.)固态聚合体电解液（Solid Polymer Electrolyte (SPE)）
27、氧气传感器 氧气传感器的最新发展技术是开发一种不消耗电极材料的、固态聚合体电解液的传感器。这类氧气传感器一般包括以下几部分：毛细管扩散栅、由多孔铂金制成的传感、计数和工作电极、固态聚合物电解液(比如Nafion) 、外部湿度栅或过滤膜、坚固的传感器室等等。进入传感器的氧气会扩散到固态聚合物之上，并在此发生如下反应。1/2 O2 + 2H+ + 2e- H2O加在固态电解液上的电流使得电离的水产生氧气，实现下面的半池反应：H2O 2e- + 2H+ + 1/2 O2 这样，全部反应为：O2 进 = O2 出也就是，将氧气分子泵出电解液的电流量正比于采集到的大气中的氧气浓度。这种检测原理也被称为“
28、氧泵”传感器。通过在参比电极上加上偏置电压，在仅限于扩散的情况下，传感电极的输出正比于根据法拉第定律得到的氧气消耗速度。最后通过电阻将电流转化为电压信号。这种电极特别适合于测量0-25%体积的氧气浓度。同燃料氧传感器不同的是，固态氧传感器不消耗电极材料，它所消耗的仅仅是将电解液中的氧气泵出的电能。这意味着这种传感器在理论上可以有2-5年的使用寿命。另外，由于它们的无消耗设计，重量较小，特别适合于小型化设计。固态氧传感器的主要缺陷在于如果使其长时间在干燥环境中使用，其中的电解液可能会干涸而没有任何电化学反应。此时，只要把传感器暴露于即使是很低湿度的空气中就会使电解液重新“水化”并回复功能。（二）
29、、可燃气体和蒸气的检测一般概念在任何场所，我们都会遇到各种各样的可燃气体和蒸气。当它们的浓度足够时，许多物质的蒸气和气体都变成了可燃性危险气体，如果此时遇到火源并提供一定的能量就会发生燃烧。可其中的火源可能包括我们并不在意的东西比如：光源、电动工具、电子仪器甚至静电等等。发生燃烧（即，在点燃后，火焰会由燃点开始扩散）必须符合四个条件：气体中必须含有适量的氧气、适量的燃气、火源以及足够的分子能量维持火链反应。这四个条件一般被称为“火四边体”。如果这四个其中的任何一个没有或不足，燃烧都不可能发生。在火四边形的其它条件满足后，任何一种气体或蒸气都存在一个特定的最小浓度，只有在此浓度之上的气体或蒸气同
30、空气或氧混合才会发生燃烧。我们将混合物发生燃烧的最低浓度称为燃烧下限（LFL，Lower Flammable Limit）；一个混合物可能被点燃而后爆炸的最低浓度为爆炸下限（即常说的LEL，Lower Explosive Limit）。可以看出，二者在定义上并不完全相同，但在实际上却可互相替代使用。不同的可燃物有不同的LFL/LEL，低于LFL/LEL的气体或蒸气对氧气的比例太低而不会燃烧。大多数（不是全部）的可燃气体或蒸气还具有一个高限浓度，在此之上，也不会发生爆炸。燃烧高限UFL (Upper Flammable Limit) 是蒸气和气体在空气中支持燃烧的最大浓度。在表述上，它与爆炸高限
31、UEL (Lower Explosive Limit）通常也不加区分。高于UFL/UEL时，蒸气或气体同氧气的比例太大以至于无法反应使燃烧扩散。在LFL/LEL和UFL/UEL之间的差值就是可以燃烧的浓度区间。如果符合了燃烧四边形的条件，在此之间的浓度的可燃气体或蒸气就可能发生燃烧。各类气体或蒸气间的燃烧范围有很大的不同。这也导致了一般我们要使用百分比浓度而不是用g/m3来表示LFL/LEL和UFL/UEL。当使用g/m3表示时，大多数的物质LFL/LEL都是相近的，平均在45-50g/m3。表3 给出了常见物质的燃烧限度： 表3 燃烧极限的例子 (NFPA 可燃性液体、气体和挥发性固体，19
32、77)物质LFL/LEL (% Vol.)UFL/UEL (% Vol.)丙酮2.612.8乙炔2.5100氨气1625一氧化碳12.574氧化乙烯3100氢气 475硫化氢4.346甲烷515丙烷2.29.5通常在资料上所列出的燃烧限度都是在标准大气中氧的浓度（20.9%V/V）和温度压力下得到的数据。任何情况下的氧气富裕都会导致对燃烧过程的加速而使得燃烧限度范围发生改变。可燃性气体的监测仪器读数大都是“%LEL”而不是“%VOL”，这是相当重要的。为了说明这一问题，假设一个仪器读数为3%VOL的环境。如果得到这个读数的气体/蒸气或者混合物的精确组份是已知的，那么它的可燃性就是已知的，而在另
33、一方面，如果不知道它们的准确组成，也就无法决定它的可燃性。假设这个读数是由甲烷引起的（甲烷的LEL是5%VOL），这个浓度就低于它的LEL/LFL，但如果这个读数是由丙烷引起的，那么这个浓度就高于LEL（丙烷的LEL是2.2%VOL），就会有爆炸的危险。大多数易燃易爆气体监测仪器的读数是在0-100%LEL之间，这是因为大多数的标准都使用LEL/LFL的百分数来制定危险程度指标。一般的警报限度是5%或10%的LEL/LFL，在许多仪器上的缺省值都设为10%LEL/LFL。不论何时，一旦读数超过10%LEL都意味着可能存在燃烧的危险或者非正常情况，10%LEL是监测易燃易爆气体或混合物的最保守的
34、（或最高可以接受的）警报设置点。绝对安全的环境中一定是0%LEL/LFL！用%VOL（体积）浓度检测仪可以测得较高水平的易燃易爆气体的浓度，即可以检测高于LEL/LFL的浓度。有些仪器还可以检测ppm级的爆炸气体。有些仪器还可以在不同浓度间进行切换。 图3，既可监测LEL%又可监测ppm级烷烃浓度的iTx复合式气体检测仪（ISC公司）蒸气是液体和固体的在室温下的气体状态。气化或蒸发的速度，或者说由液体或固体转化为气体的速度是我们考虑形成可燃气体混合物的一个重要因素。蒸发是温度的函数，温度增加，液体转化为气体的量也增加。相反，温度降低可能会降低气体的量，有些气体可能还会冷凝为液体。爆炸的前提是空
35、气中存在可燃物物质的蒸气。一般规律下，液体是不会燃烧的。防火的重要概念是避免足够量可燃气体的存在。闪点是液体释放蒸气的最低温度，也是LEL/LFL形成的温度，它是物质的固有特征。表4 常见物质的闪点标4 闪点闪点物质CF汽油(航空级)a 46 50丙酮 20 4甲基乙级酮 916乙醇 (96%)1762柴油(#1-D)a38100a 大致最低温度因此，如果工作人员需要检测易燃易爆物质，那么他还要考虑工作场所中可能存在的液体的闪点。在检测过程中，待测周围环境的温度变化是必需要注意到的因素。检测前后温度的增加会显著地增加蒸气的量。温度增加的因素包括：太阳光对物体（固体及液体、气体）的直射；一般的工
36、作行为（焊接、研磨、切割、钻孔等等在局部加热过程）等等。温度增加使得危险性增加，如果不注意这一点，就会导致工作过程中的爆炸和火灾。因此，有必要在工作过程中对气体进行连续监测。例如，在 10 C 时，乙醇的蒸气还不会达到点燃程度。而在21 C时, 乙醇的蒸气就很容易被点燃。在使用易燃易爆监测仪器时可能遇到其他的问题还包括：首先，测定的仪器必须用要检测的气体进行校正，例如，用甲烷标定的仪器对煤油就不是很灵敏。第二，将气体引入仪器的较长的探杆可能会吸收某些气体，使之无法到达传感器，从而使得仪器的实际读数有很大的降低。第三，温度的影响不容忽视。比如，某些密闭空间内的温度通常要比它外面高许多，空间内部的
37、煤油蒸气在导到外部仪器时可能会冷凝成了液体，而无法被气体传感器检测到。另一个问题是仪器的分辨率，一个可以读出百分比LEL的仪器的增量是1%LEL/LFL，它就不可能读出小于1%LEL/LFL变化的数值。例如，一个可燃气体的浓度是0.7%LEL/LFL，低于了仪器的分辨率，此时仪器的读数可能是零。因此当用仪器去检测高闪点的液体时，比如对于松节油、汽油或柴油等，了解仪器的分辨率是非常重要的。在这种情况下，只能读取%LEL的仪器就不太够用，就可能需要光离子化检测器。在检测过程中，还要注意到待测气体或蒸气的密度，那些比空气轻的气体会上升到空间的上部，而比空气重的气体会积聚到空间的底部。这在实际的空间分
38、布上就有所不同。轻的气体包括氢气、甲烷和氨气等，而重的气体包括丙烷、硫化氢、汽油和其他很多常见的有机溶剂。1、催化燃烧式传感器概述检测可燃气体的仪器一般使用催化燃烧式传感器，它可以看成是一个小型化的热量计，它的检测原理在几十年内没有大的变化。这是一个惠斯通电桥的结构。在它的测量桥上涂有催化物质，它在整个的测量过程中是不被消耗的。即使在空气中气体和蒸气浓度远远低于LEL时，它们也会在这个桥上发生催化燃烧反应，固定电阻固定电阻测量桥UT参比桥V1V2图 4 惠斯通电桥原理图测量时，要在参比和测量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 =
39、 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。测量易燃易爆气体时氧气浓度是一个必须注意的问题。催化式传感器要求至少8-10%的氧气才能进行准确测量。而在100%可燃气浓度下，这种仪器的读数将是0%LEL！因此在测量规程中，要求在测量易燃易爆气体的%LEL之前必须首先测量氧气浓度。这也是为什么要求在密闭空间测量中必须同时测量氧气和LEL的原因。如果在完全无氧的情况下测量LEL值很容易得到错误的结果。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
40、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。催化燃烧式传感器，尤其是测量%LEL的传感器不适合于检测“较重的”或者长链的烷烃，特别是高闪点的物质。正如前面所提到的那样，此时使用光离子化检测器可能是一个好的办法。. 中国最庞大的下载资料库 (整理. 版权归原作者所有)土 如果您不是在 网站下载此资料的, 不要随意相信. 请访问cnshu, 加入
41、 必要时可将此文件解密成可编辑的doc或ppt格式催化燃烧式传感器的校正也是一个重要的问题。如果可能，用户应当使用待测气体来校正仪器。这种校正一般是两点校正，即“新鲜空气校正”和“标准气体校正”。大部分的控制标准，比如OSHA 1910.146和 ANSI Z117.1-1995,都使用10%LEL作为危险存在的阈值。很多仪器也采用10%作为仪器的缺省值进行警报设置。但实际上，10%LEL设置可能高于某些规程。在密闭空间进入的标准中，一般要求是不超过5%LEL，在此浓度以上就不能进行工作(OSHA 1995)。一旦超过预置警报，必须停止工作并撤出。如果可以进行实时检测，10%LEL可以作为安全
42、限度。但必须注意的是，任何可以检测出浓度的可燃气体的存在都是十分危险的。标准的催化燃烧传感器不适合于LEL/LFL水平之上进行测量。相对校正只有用待测气体对仪器进行校正才能得到准确的测量结果，如果这一点做不到，或者待测气体是未知的，那么，一定要选择10%LEL或更低作为警报限值。另一个选择是使用一种气体校正但检测另一种气体的相对校正方法，即使用校正系数的方法。但是，由于不同传感器间的校正系数也会有所不同，同时，这个系数也会在同一个传感器的使用期间发生变化，因此使用这一方法有很大的限制。这种方法更不适合于混合物。表4列出了一些物质相对于另一些物质的校正系数。表 4 易燃易爆传感器的相对响应值可燃
43、气体和蒸气用戊烷标定时的相对响应用丙烷标定时的相对响应用甲烷标定时的相对响应氢气Hydrogen2.21.71.1甲烷Methane2.01.51.0丙烷Propane1.31.00.65n-丁烷Butane1.20.90.6n-戊烷Pentane1.00.750.5n-乙烷Hexane0.90.70.45n-辛烷Octane0.80.60.4甲醇Methanol2.31.751.15乙醇Ethanol1.61.20.8异丙醇 1.41.050.7丙酮Acetone1.41.050.7氨气Ammonia2.62.01.3甲苯Toluene0.70.50.35无铅汽油1.20.90.6需要注意的
44、是，这些值仅仅是一些参考值，正如上面提到的那样，不能随便拿它们进行实际的计算。但作为举例，我们可以从上表看到，一个用甲烷标定的仪器测量乙醇，仪器读出的相对响应是0.8，换句话说，实际读数要低20%。有些制造商会提供校正系数代替相对响应，它们是倒数关系。比如上例中，乙醇对甲烷的校正系数是1 / 0.8 = 1.25，即此时测得的乙醇实际浓度是显示浓度乘以1.25。如果显示是40%LEL，则实际乙醇为40 % LFL/LELx1.25=50 % LFL/LEL。注意，使用丙烷校正的仪器测量乙醇时的校正系数与用甲烷标定的仪器也有所不同，此时的校正系数是1/1.2= 0.83，如果显示是40%LEL，
45、则实际乙醇为40 % LFL/LELx0.83=33 % LFL/LEL。校正系数越接近于1，则测量结果越准。从表4还可以看到，用甲烷标定的仪器测量其他的物质的结果都会很低，而用戊烷标定则会相当的高。如果用丙烷标定，则结果会比较接近。因此，对于很多的实际情况，丙烷是一个较为合适的标定物。作为一个建议，在使用校正系数之前，一定要征询制造商的建议。传感器中毒和抑制传感器使用的环境会对传感器造成很大的影响。尤其是某些物质可能会对传感器造成中毒或降低性能。表5是某些可能对LEL传感器造成影响的物质列表。表5可能对传感器中毒或抑制的物质中毒含铅化合物（尤其是四乙基铅）含硫化合物硅类含磷化合物抑制硫化氢卤
46、代烃某些物质可能会分解催化剂并在催化剂表面形成固态物质，这可能导致传感器灵敏度降低。高浓度含硅化合物会使传感器立即损坏。其他的一些物质会被催化剂吸收或形成新的化合物从而抑制催化反应，这种抑制可能是暂时性的，只要将传感器放在新鲜空气中一段时间就会自动恢复，比如卤代烃的影响就是这样。但无论如何，恢复都不可能是完全的，都会对传感器的灵敏度造成很大的影响。另一些物质，比如硫化氢，可能会具有上述两种影响。高浓度会使传感器立即失效，而较低浓度则对灵敏度有轻微的影响。易燃易爆传感器的精确度还会受到高浓度易燃气体混合物的影响，对于测量桥的过分加热会加速催化剂的蒸发，这会使传感器的灵敏度部分或全部降低。过热还会
47、烧毁测量电桥。暴露于氧气不足时的更高浓度的易燃易爆气体之中，则会导致炭黑在烧结表面的沉积，而炭黑的积聚会导致传感器爆裂而损坏电路。为减少这些损坏的发生，有些仪器会在浓度接近100%LEL时关闭电路，并指示超标和警报。使用的时间会影响易燃易爆传感器的灵敏度。因此经常性地校正仪器是十分必要的。对于大多数的传感器，如果由于中毒或抑制而使灵敏度降低，一般都是相对甲烷而言的。此时它们对丙烷的灵敏度还没有多大影响。这也提醒了如何选择校正气体问题，如果仪器是用丙烷或戊烷校正的，你可能很难发现它对甲烷灵敏度的降低，这是相当危险的，因为甲烷是我们经常遇到的易燃易爆气体。如果仪器的灵敏度降低，可以通过重新校正的方法加以调整
