气体感测器介绍PPT.ppt

气体感测器介绍,主讲人：王湘甫 美国quest公司中国市场部经理,气体感测器介绍,应用领域 周界气体监测(环境危害) 烟道气体监测(环境危害) 车辆尾气监测(环境危害) 工业安全气体监测(人身危害) 制程(工艺流程)气体监测 (生产品管研究),气体监测分类,可燃性气体(爆炸侦测) 氧气 毒性气体,主要目地在人身安全及环境的保护,爆炸三要素,氧气空气中已存在 燃料可燃性气体,但浓度须在燃烧下限、 lft与燃烧上限、ufl之间 热源点火源,三因素需同时存在,爆炸三要素,例：空气中的氧气被高浓度甲烷气取代，造成氧气不足，无法进行燃烧、爆炸！,故当在侦测可燃性气体的lel时， 需同时侦测氧气量,氧气不足的环境,氧气浓度低于19.5%体积比，窒息气体及蒸气可能取代或消耗氧气导致氧气不足的环境！,氧气丰富的环境,氧气浓度超过23.5%体积比，代表非常容易导致火灾危害！,缺氧危害,定义：氧气浓度低于18%,氧气浓度与缺氧症状对照表,资料来源：niosh,不同氧气浓度的影响,可燃性气体定义,定义：气体的爆炸下限在10%以下, 爆炸上限与下限之差在于20%以上! 如:丙烯晴、丙烯醛、乙炔、乙醛、氨、 一氧化碳、乙烷、乙胺、乙苯、氯乙烷、 氯甲烷、环氧乙烷、环氧丙烷、氰化氢、 环丙烷、二甲胺、氢、三甲胺、二硫化碳、丁二烯、丁烷、 丁烯、 丙烷、丙烯、溴甲烷、苯、甲烷、甲胺、二甲醚、硫化氢,在正常温度、压力及含氧量,毒性气体定义,劳工作业环境空气中有害物质容许浓度在0.2%以下之气体 分类： 无机毒性气体 如：氧、一氧化碳、二氧化硫、氨、氰化氢、硫化氢 有机毒性气体 如：丙烯腈、丙烯醛、氯甲烷、氯丁二烯、环氧乙烷、三甲胺、二硫化碳、氟、溴甲烷、苯、光气、甲胺,有毒气体危害,各种不同co浓度影响,资料来源:aiha,有毒气体危害,各种不同co浓度影响,资料来源:aiha,有毒气体危害,各种不同h2s浓度影响,资料来源:ansi,有毒气体危害,各种不同h2s浓度影响,资料来源:ansi,常见气体监测仪器种类,红外线ir 气相色谱gc 光游离检测仪pid/火焰游离检测仪fid 比色法(比色管) 电化学及其他,红外线气体监测器,原理：利用气体可吸收特定波长之红外线的特性(o2、n2 、h2不吸收),红外线气体监测仪器,优点 可快速测出多种化合物 单一气体定性定量佳 可检测低浓度ppm,缺点 湿气干扰大 混合复杂气体适用性依应用 需专业且有经验的人来研判结果 价格高,气相色谱仪gc,原理 系统包括: 检测器-fid、tcd、pid、maid、ecd等 载送气体 分离柱(填充柱、毛细管柱) 可温控柱箱 讯号处理与记录,样品经由注射或自动导入,由载送气体载送 样品通过分离柱,到达检测器感测,因不同成 份化合物通过分离柱的时间不同,且浓度与 检测讯号成比例,故可定性及定量,气相色谱仪gc,优点 可同时监测数种挥发性有机化合物 可定性及定量(需有标样) 可检测低浓度ppb或ppt,缺点 操作复杂 需专业有经验 分析时间最快,约20-30分钟 (从暖机到结果) 价格高,光游离检测仪pid,原理:使用能量10.2-10.6ev的uv光,作从游离样品分子之能源,样品游离后,以正电荷极收集游离电子,产生电流,浓度与电流成正比,光游离检监测仪pid,优点 使用方便, 可快速量测 操作不需专业人员的经验判断 适用土壤气量测 适合芳香族有机物的综合浓度指标! 价位适中 检测浓度ppm-ppb,缺点 湿气干扰大 无法定性定量 极限于芳香族有机物,带氯化合物无法侦测! 客户易误认它的功效!(宣传误导) 无法测o2、n2、co及co2,火焰游离检测仪fid,原理:利用火焰燃烧裂解有机物,产生导电之离子中间物,由于该导电之离子中间物可降低火焰之电阻,因此,当物质进入火焰且被燃烧游离时,会使电流增加,此电流讯号与化合物之碳数(ch基)浓度成正比,火焰游离检测仪fid,优点 非常灵敏及应用广泛,技术成熟 gc+fid实验室最佳的定性定量分析工具 湿气不影响 检测浓度ppm-ppb,缺点 需使用h2从载送气体,不易成从便携式 若无分离柱,则无法定性定量 co2、cs2、so2、nh3、no、no2、n2o、sif4、sic14无法检测 价格高于pid,比色法(比色管),原理:利用化学试剂与特定气体化合物反应后呈色,所呈现颜色与浓度具有关系,电化学及其他气体检测器,触煤燃烧法 (catalytic combustion method) 电化学法(electrochemical sensor) 定电位电解法- potentiostatic electrolysis method 隔膜离子选择电极法 membrance type ion-selective electrode 隔膜卡而巴尼电池法 membrance type galvanic cell 半导体感测器 (semiconductive detector),触煤燃烧法,主要用于量测可燃性气体 基本原理:,触煤燃烧法,惠斯登电桥电路,d感测元件（样品通过） 內部从白金丝，周围包覆耐高温氧化物 （如氧化铝），其外表再涂上一层触煤 c补偿（参考）元件（样品不通过） 其结构与感测元件相同，用以温度变化 补偿,原理:当待测气体通过已预热且外表涂有触煤的感测元件时,因燃烧造成升温而感测端电阻升高,电流下降.如此使在电桥之输出电压上升,电压改变的大小与浓度成正比,经计算成lel,触煤燃烧法,应用:检测可燃性气体的爆炸下限lel,优点 使用简单,成熟技术 输出值与气体浓度之线性良好 适用高浓度 价格便宜,缺点 混合气体无法定性及定量 触煤表面容易被h2s、so2、鉛、so2、卤化物、硅化物汙染而中毒,定电位电解法 potentiostatic electrolysis method,结构：三极式 感测电极 参考电极 计数电极 电解液,原理:在感测电极与参考电极之间保持一定电位差,感测而电极表面涂有触煤(白金或黃金),当分析气体经薄膜渗入电解液內,在触煤表面则产生氧化或还原反应而释放出电子,其在感测电极与计数电极之间所产生的电流比例于浓度,定电位电解法,气体选择性 決定于以下的组合 电解液 电极材质 供应电压 所供应电压,对检测灵敏度影响很大 此电压供应在感测电极与参考电极之间 此电压须保持固定,即使当氧化反应产 生时!(电流造成电压下降) 温度影响:电化学反应受温度变化影响,需內有感温元件来补偿温度变化的影响!,电位电解法感测器,例子:一氧化碳感测器 co经薄膜渗入电解液在感测电极被氧化 反应方程式如下:,经由氧化co及原还o2,则2个电子被释放出而产生电流 上述反应约每ppm co产生0.1ma电流 在感测电极与计数电极间产生的电流与co浓度成正比,感测器所产生的电流经放大器及转换显示co浓度,电化学感测器氧气,常见的两种基本的量测型式 量测气体的分压 量测气体的浓度（quest）,电化学感测器氧气,量测氧气分压 由气体经由薄膜扩散到內部电解液来控制 传统方法（与水中溶氧相似） 温度影响量测較大 海拔影响量测較大,量测氧气浓度（quest） 由气相扩散barrier来控制 使用city technology的感测器 温度系数相对小 海拔改变对讯号改变很小,电化学感测器氧气,测量浓度(quest)vs量测分压 优点 稳定性非常好 反应快速 环境气压及海拔不影响量测 非常低的温度系数,半导体型感测器,半导体型感测器 emiconductive detector 原理:当待测气体通过已加热感测器时,可吸附在金屬氧化物(如sno2)表面,造成感测材料之电导度(电阻)变化,而电导度(电阻)变化比例于浓度.,半导体型感测器,优点: 低浓度气体检测讯号输出变化大,感度高 寿命略长,长期稳定性佳 反应速率快 操作简单,缺点: 线性不佳