气体感测器介绍

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:线性不佳不适用