Zasada i zastosowanie detektorów gazów toksycznych i szkodliwych
Zasada i zastosowanie detektorów gazów toksycznych i szkodliwych/Kluczowym elementem detektorów gazów są czujniki gazu. Zasadniczo czujniki gazu można podzielić na trzy kategorie:
A) Czujniki gazu wykorzystujące właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak typ półprzewodnika (o kontrolowanej powierzchni, o kontrolowanej objętości, typu o potencjale powierzchniowym), typ spalania katalitycznego, typ przewodności cieplnej ciała stałego itp.
B) Czujniki gazu wykorzystujące właściwości fizyczne, takie jak przewodność cieplna, zakłócenia optyczne, absorpcja podczerwieni itp.
C) Czujniki gazu wykorzystujące właściwości elektrochemiczne, takie jak elektroliza o stałym potencjale, bateria Gavanniego, membranowa elektroda jonowa, stały elektrolit itp.
W zależności od zagrożeń dzielimy toksyczne i szkodliwe gazy na dwie kategorie: gazy palne i gazy toksyczne. Ze względu na różne właściwości i zagrożenia, metody ich wykrywania również się różnią.
Gaz palny jest najczęstszym niebezpiecznym gazem spotykanym w zakładach przemysłowych, takich jak przemysł petrochemiczny. Składa się głównie z gazów organicznych, takich jak alkany i niektórych gazów nieorganicznych, takich jak tlenek węgla. Wybuch gazów palnych musi spełniać określone warunki, czyli określone stężenie gazów palnych, określoną ilość tlenu i wystarczającą ilość ciepła, aby spowodować zapalenie ich źródła zapłonu. Są to trzy istotne elementy eksplozji i żaden z nich nie jest niezbędny. Innymi słowy, brak któregokolwiek z tych warunków nie spowoduje pożaru ani eksplozji.
Kiedy gazy palne (para, pył) i tlen zmieszają się i osiągną określone stężenie, po napotkaniu źródła ognia o określonej temperaturze nastąpi eksplozja. Stężenie gazu palnego, które eksploduje po zetknięciu się ze źródłem ognia, nazywamy granicą stężenia wybuchu, zwaną granicą palności, która jest zwykle wyrażana w procentach.
W naszej pracy detektory mierzące te gazy przy użyciu LEL są powszechnie stosowane jako detektory spalania katalitycznego. Jego zasadą jest podwójny mostek (powszechnie nazywany mostkiem Wheatstone'a). Jeden z tych mostków z drutu platynowego jest pokryty katalitycznymi substancjami spalania. Dopóki elektroda może zapalić jakikolwiek łatwopalny gaz, rezystancja mostka z drutu platynowego będzie się zmieniać ze względu na zmiany temperatury. Ta zmiana rezystancji jest proporcjonalna do stężenia gazu palnego. Stężenie gazu palnego można obliczyć za pomocą układu obwodów przyrządu i mikroprocesora. Na rynku można znaleźć również detektory przewodności cieplnej VOL, które bezpośrednio mierzą stężenie objętościowe gazów palnych, a istnieją już detektory łączące LEL/VOL. Detektor gazów palnych VOL jest szczególnie odpowiedni do pomiaru stężenia objętościowego (VOL) gazów palnych w środowiskach niedotlenionych (z niedoborem tlenu).
Toksyczne gazy mogą występować zarówno w surowcach produkcyjnych, takich jak większość organicznych substancji chemicznych (LZO), jak i w produktach ubocznych na różnych etapach procesu produkcyjnego, takich jak amoniak, tlenek węgla, siarkowodór i tak dalej. Są to czynniki najbardziej niebezpieczne dla pracowników. Ten rodzaj szkody obejmuje nie tylko natychmiastową szkodę, taką jak dyskomfort fizyczny, choroba, śmierć itp., ale także długoterminową szkodę dla organizmu ludzkiego, taką jak niepełnosprawność, nowotwór itp. Wykrywanie tych toksycznych i szkodliwych gazów jest jest to kwestia, na którą kraje rozwijające się powinny zacząć zwracać wystarczającą uwagę.
Obecnie najczęściej wykorzystujemy specjalistyczne czujniki gazów do detekcji konkretnych gazów toksycznych. Może zawierać wszystkie wymienione powyżej czujniki gazu, a także detektor fotojonizacyjny opisany w dwóch poprzednich rozdziałach. Wśród nich najpowszechniejszą metodą wykrywania gazów nieorganicznych, przy stosunkowo dojrzałej technologii i najlepszych kompleksowych wskaźnikach, jest metoda elektrolizy stałego potencjału, zwana także czujnikami elektrochemicznymi.
Czujnik elektrochemiczny składa się z dwóch elektrod reakcyjnych – elektrody roboczej, przeciwelektrody i elektrody odniesienia – umieszczonych w określonym elektrolicie (jak pokazano na rysunku powyżej), a następnie pomiędzy elektrodami reakcyjnymi przykłada się napięcie wystarczające do umożliwienia Redox przeprowadza się przez mierzony gaz pokryty warstwą katalizatora z metalu ciężkiego, a następnie w obwodzie przyrządu mierzony jest prąd wytwarzany podczas elektrolizy gazu. Następnie znajdujący się wewnątrz mikroprocesor oblicza stężenie gazu.
Obecnie czujniki elektrochemiczne, które mogą wykrywać określone gazy, obejmują tlenek węgla, siarkowodór, dwutlenek siarki, tlenek azotu, dwutlenek azotu, amoniak, chlor, kwas cyjanurowy, tlenek etylenu, chlorowodór i tak dalej.
Do detekcji detektora LZO można wykorzystać detektor fotojonizacyjny przedstawiony w poprzednim rozdziale. Tlen jest również czynnikiem wymagającym dużej uwagi w środowiskach przemysłowych, szczególnie w środowiskach zamkniętych. Ogólnie rzecz biorąc, gdy zawartość tlenu przekracza 23,5 procent, nazywa się to nadmiarem tlenu (tlenem wzbogaconym), co może łatwo doprowadzić do ryzyka wybuchu; Gdy zawartość tlenu jest mniejsza niż 19,5 procent, oznacza to niedostateczną ilość tlenu (niedotlenienie), co może łatwo doprowadzić do uduszenia, śpiączki, a nawet śmierci wśród pracowników. Normalna zawartość tlenu powinna wynosić około 20,9 procent. Detektory tlenu są również rodzajem czujnika elektrochemicznego.
