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气体检测原理分类

提供者:深圳市安德优科技有限公司   发布时间:2015/4/30 11:54:51  阅读次数:485次  进入该公司店铺

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一、催化燃烧式

1、定义:

利用难溶金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度;当可燃气体进入探测器时,在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧),其产生的热量使铂丝的温度升高,进而铂丝的电阻率发生变化。

2、性质:

催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完全燃烧,是一种无焰燃烧,可以使可燃物在固定催化剂表面上进行得燃烧。

耐高温催化材料:Pd(铂)、Pt(钯)

3、优点:

a.使用简单,技术成熟;

b.输出值与气体浓度之线性良好;

c.适用高浓度;

d.价格便宜;

e.燃温度低、去除率高、燃烧缓和、适应氧浓度范围大且无二次污染;

4、缺点:

a.混合气体无法定性和定量;

b.催化剂表面容易被H2S、SO2、铅、卤化物、硅化物污染而中毒;

二、电化学式

1)恒电位电解式气体传感器

工作原理:

将两个反应电极,工作电极(W)、对电极(C)以及一个参考电极(R),放置在特定的电解液中,然后在反应电极中施加一定的电压,使透过涂有重金属催化剂薄膜的待测气体,发生氧化还原反应,再通过仪器中的电路测量到电解出的电流,计算出气体的浓度。

电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示:

I=(nFADC)/δ

式中,I—电解电流;n—每1mol气体产生的电子数;F—法拉第常数;A—气体扩散面积;D—扩散系数;C—电解质溶液中电解的气体浓度;δ—扩散层的厚度。

在同一传感器中,n、F、A、D及δ是一定的,所以电解电流与气体浓度成正比。

性质:

发生电解反应,把化学能转换为电能,并产生电信号。

对电极的作用:

由于两个电极上发生的反应使电极极化,电离子的生成和移动出现阻碍,工作电极和对电极之间的电势差难以维持恒定,阻碍反应的继续进行。因此设置参比电极。参比电极在电解质中形成了一个稳定的电化学电极即恒电位,克服因化学反应导致的电极极化现象,帮助电离子移动,便于电解过程继续。

类型:

定电位电解式传感器属于电化学式传感器中离子电池类传感器,对还原性气体效果更明显。

检测气体:H2S,NO,NO2,SO2和HCL、CL2、PH3、CO等

备注:

用定电位电解式传感器检测不同气体时,有不同的灵敏度。按灵敏度从高到低的顺序,依次是H2S,NO,NO2,SO2和CO。响应时间一般为几秒和几十秒,一般小于1min。

定电位电解型传感器的寿命比较短,最短只有半年,2.3年寿命已属于较长,少数CO传感器可长达几年。

2)伽伐尼电池式气体传感器

原理:

与恒电位电解式一样,都是通过测量电解电流来检测气体浓度。但由于传感器本身是电池,所以不需要由外界施加电压;

检测气体:

一般是用于检测O2;

3)离子电极式气体传感器

工作原理:

气态物质溶解于电解质溶液并电离,离解成的离子作用于离子电极产生电动势,将此电动势取出以代表气体浓度。

检测气体:

一般用于检测NH3(氨)、HCN(氰化氢)、H2S、SO2、CO2等气体;

4)浓差电池式气体传感器

检测原理:

基于固体电解质产生的浓差电势来进行测量的。

检测气体:

ZrO2(二氧化锆)

5)电化学式传感器的优缺点

优点:

1、通用性好,技术比较成熟;

2、使用简单,携带方便;

3、成本低;

缺点:

1、无法对未知气体进行定性分析;

2、传感器具有一定的使用寿命;

3、超范围高浓度会导致失效;

4、需特别注意存储;

三、光电离(PID)

1.检测原理:

将气体引入离子室,并暴露在一定能量的紫外灯下,紫外灯的能量激活气体,离子就被收集在采集电极上。离子的收集使得电流增加,电流值与当前混合物的浓度成比例(相对于已知的校准标准)。

2.优点:

1、非破坏性检测;

2、可选择10.2和11.8eV的紫外灯源;

3、可以检测无机组份;

4、对芳香烃、氯化物和不饱和碳氢化合物敏感;

5、无需使用燃气和助燃空气;

3.缺点:

1、受水蒸汽影响;

2、检测范围小(通常0~2000ppm)

3、不是特别准确(与校准气体有关)

4、备品灯的价格比较贵;

4.检查对象:

挥发性有机物(VOC)

四、火焰离子(FID)

1.检测原理:

将气体引入离子室并且用氢火焰燃烧,这个过程将分离出自由离子,这些自由离子依次被吸附在收集电极上。离子收集使电流增加,电流的变化与当前所检测的混合物浓度成比例(与已知校准值相比较)。这个过程中的副产物是水和二氧化碳。

2.优点:

1、动态和线性测量范围宽(可达0~50000ppm);

2、对碳氢化合物蒸汽灵敏;

3、优异的稳定性和重现性;

4、不受周围环境中的CO,CO2和水蒸气的影响;

3.缺点:

1、需要氢气源;

2、需要O2含量大于16%才能进行操作;

3、能够对总碳氢化合物的含量进行检查--不是分离某一混合物;

4.检查对象:

挥发性有机物(VOC)

五、便携红外光谱法(IR)

1.检测原理:

利用气体可吸收特定波长红外线的特性;

2.特性:

Ø 物质在特定波长时会吸收红外能量;

Ø 能量的降低与浓度的增加成正比(当监测不同的吸收物质时)

Ø 采用非分散红外技术(NDIR);

Ø 一束可调红外源(IR)通过一光学滤波器;

Ø 仅在红外特定波长吸收能量的物质时,才可以为分析仪所辨别;

Ø 每一个红外响应物质可提供一独特的指纹性图谱和潜在的测量峰值(或多组峰值);

Ø 采用光谱对比软件进行气体比对分析--混合物定性分析;

3.优点:

1、可快速判别未知气体;

2、可对100~200种气体进行定性和定量分析;

3、便携状态下无需采样和样品处理;

4、耗材很少,维护简单;

5、无需专业的操作经验;

6、防爆设计/危险场所检测;

4.缺点:

1、水汽和二氧化碳的影响很大;

2、定量分析需要预先校正;

5.应用范围:

1、应急检测;

2、常规巡检;

3、工艺流程;

4、医疗卫生;

5、事故救援;

6.备注:

红外光谱法已被列为现场快速气体检测唯一标准方法;

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