Het principe en de toepassing van detectoren voor toxische en schadelijke gassen
Het principe en de toepassing van detectoren voor toxische en schadelijke gassen/Het belangrijkste onderdeel van gasdetectoren zijn gassensoren. Gassensoren kunnen in principe in drie categorieën worden verdeeld:
A) Gassensoren die gebruikmaken van fysische en chemische eigenschappen, zoals het halfgeleidertype (oppervlaktegestuurd, volumegestuurd, oppervlaktepotentiaaltype), katalytische verbranding, type vaste thermische geleidbaarheid, enz.
B) Gassensoren die gebruikmaken van fysieke eigenschappen, zoals thermische geleidbaarheid, optische interferentie, infraroodabsorptie, enz.
C) Gassensoren die gebruik maken van elektrochemische eigenschappen, zoals elektrolyse met constant potentieel, Gavanni-batterij, membraanionelektrode, vaste elektrolyt, enz.
Op basis van de gevaren classificeren we giftige en schadelijke gassen in twee categorieën: brandbare gassen en giftige gassen. Vanwege hun verschillende eigenschappen en gevaren variëren ook hun detectiemethoden.
Brandbaar gas is het meest voorkomende gevaarlijke gas dat wordt aangetroffen in industriële omgevingen zoals de petrochemische industrie. Het bestaat voornamelijk uit organische gassen zoals alkanen en bepaalde anorganische gassen zoals koolmonoxide. De explosie van brandbare gassen moet aan bepaalde voorwaarden voldoen, dat wil zeggen een bepaalde concentratie brandbare gassen, een bepaalde hoeveelheid zuurstof en voldoende warmte om hun ontstekingsbron te ontsteken. Dit zijn de drie essentiële elementen van een explosie, en geen van deze is onmisbaar. Met andere woorden: de afwezigheid van een van deze omstandigheden zal geen brand of explosie veroorzaken.
Wanneer brandbare gassen (stoom, stof) en zuurstof worden gemengd en een bepaalde concentratie bereiken, zal er bij ontmoeting met een brandbron met een bepaalde temperatuur een explosie optreden. We noemen de concentratie van brandbaar gas dat explodeert wanneer het de brandbron ontmoet de explosieconcentratielimiet, ook wel de ontvlambaarheidslimiet genoemd, die doorgaans wordt uitgedrukt in procenten.
In ons werk worden detectoren die deze gassen meten met behulp van LEL vaak gebruikt als katalytische verbrandingsdetectoren. Het principe is een detectie-eenheid met dubbele brug (gewoonlijk Wheatstone-brug genoemd). Eén van deze platinadraadbruggen is bekleed met katalytische verbrandingsstoffen. Zolang enig ontvlambaar gas door de elektrode kan worden ontstoken, zal de weerstand van de platinadraadbrug veranderen als gevolg van temperatuurveranderingen. Deze weerstandsverandering is evenredig met de concentratie van het brandbare gas. De concentratie van het brandbare gas kan worden berekend via het circuitsysteem en de microprocessor van het instrument. Er zijn ook VOL-detectoren met thermische geleidbaarheid die rechtstreeks de volumeconcentratie van brandbare gassen meten, op de markt, en er zijn al detectoren die LEL/VOL combineren. De VOL-detector voor brandbare gassen is bijzonder geschikt voor het meten van de volumeconcentratie (VOL) van brandbare gassen in hypoxische (zuurstofarme) omgevingen.
Giftige gassen kunnen voorkomen in zowel productiegrondstoffen, zoals de meeste organische chemicaliën (VOS), als in bijproducten in verschillende stadia van het productieproces, zoals ammoniak, koolmonoxide, waterstofsulfide, enzovoort. Dit zijn de gevaarlijkste factoren voor werknemers. Dit soort schade omvat niet alleen directe schade, zoals lichamelijk ongemak, ziekte, overlijden, enz., maar ook schade op lange termijn aan het menselijk lichaam, zoals invaliditeit, kanker, enz. De detectie van deze giftige en schadelijke gassen is een kwestie waar de ontwikkelingslanden voldoende aandacht aan moeten besteden.
Momenteel maken wij vooral gebruik van gespecialiseerde gassensoren voor de detectie van specifieke toxische gassen. Het kan alle hierboven genoemde gassensoren bevatten, evenals de foto-ionisatiedetector die in de vorige twee hoofdstukken is beschreven. Onder hen is de meest gebruikelijke methode voor het detecteren van anorganische gassen, met relatief volwassen technologie en de beste uitgebreide indicatoren, de constante potentiële elektrolysemethode, ook bekend als elektrochemische sensoren.
De elektrochemische sensor bestaat uit twee reactie-elektroden – de werkelektrode, de tegenelektrode en een referentie-elektrode – die in een specifieke elektrolyt zijn geplaatst (zoals weergegeven in de afbeelding hierboven). Vervolgens wordt er voldoende spanning tussen de reactie-elektroden aangelegd om Redox in staat te stellen worden uitgevoerd door het te meten gas dat is bedekt met een katalysatorfilm van zware metalen, en vervolgens wordt de stroom die wordt gegenereerd tijdens de gaselektrolyse gemeten via het circuitsysteem in het instrument. Vervolgens berekent de microprocessor binnenin de concentratie van het gas.
Momenteel omvatten elektrochemische sensoren die specifieke gassen kunnen detecteren onder meer koolmonoxide, waterstofsulfide, zwaveldioxide, stikstofmonoxide, stikstofdioxide, ammoniak, chloor, cyanuurzuur, ethyleenoxide, waterstofchloride, enzovoort.
Voor de detectie van een VOC-detector kan gebruik worden gemaakt van de foto-ionisatiedetector die in het vorige hoofdstuk is geïntroduceerd. Zuurstof is ook een factor die grote aandacht vereist in industriële omgevingen, vooral in gesloten omgevingen. Wanneer het zuurstofgehalte hoger is dan 23,5 procent, wordt dit over het algemeen overmatige zuurstof (verrijkte zuurstof) genoemd, wat gemakkelijk tot explosiegevaar kan leiden; Wanneer het zuurstofgehalte minder dan 19,5 procent bedraagt, duidt dit op onvoldoende zuurstof (hypoxie), wat gemakkelijk kan leiden tot verstikking, coma en zelfs de dood onder werknemers. Het normale zuurstofgehalte zou rond de 20,9 procent moeten liggen. Zuurstofdetectoren zijn ook een soort elektrochemische sensor.
