氣體檢測儀

氣體檢測儀是一種氣體泄漏濃度檢測的儀器儀表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測儀。

早在上個世紀70年代，氣體傳感器就已經成為傳感器領域的一個大系，屬於化學傳感器的一個分支。

它是利用一些金屬氧化物半導體材料，在一定温度下，電導率隨着環境氣體成份的變化而變化的原理製造的。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫在高温下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理製備的。

半導體式氣體傳感器可以有效地用於：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜於民用氣體檢測的需求。下列幾種半導體式氣體傳感器是成功的：甲烷（天然氣、沼氣）、酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。高質量的傳感器可以滿足工業檢測的需要。

穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種傳感器的選擇性都不是唯一的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用於計量準確要求的場所。

這種傳感器是在白金電阻的表面製備耐高温的催化劑層，在一定的温度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻温度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。

催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體：凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應。催化燃燒式氣體傳感器計量準確，響應快速，壽命較長。傳感器的輸出與環境的爆炸危險直接相關，在安全檢測領域是一類主導地位的傳感器。

在可燃性氣體範圍內，無選擇性。闇火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。

每一種氣體，都有自己特定的熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種傳感器已經傳感器地用於氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。

這種氣體傳感器可應用範圍較窄，限制因素較多。

它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體傳感器分很多子類：

（1）、原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發電池型氣體傳感器），他們的原理行同我們用的乾電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極，在那裏鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。

（2）、恆定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用於檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經成功地用於：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是現有毒有害氣體檢測的主流傳感器。

（3）、濃差電池型氣體傳感器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質型二氧化碳傳感器。

（4）、極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關的原理製備氧（氣）濃度傳感器，用於汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。

大部分的氣體在中紅外區都有特徵吸收峯，檢測特徵吸收峯位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。

這種傳感器過去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨着以MEMS技術為基礎的傳感器工業的發展，這種傳感器的體積已經由10升，45公斤的巨無霸，減小到2毫升（拇指大小）左右。使用無需調製光源的紅外探測器使得儀器完全沒有機械運動部件，完全實現免維護化。紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準確測定氣體濃度。

這種傳感器成功的用於：二氧化碳、甲烷的檢測。 ^[1] 

這是磁性氧氣分析儀的核心，但是也已經實現了“傳感器化”進程。

它是利用空氣中的氧氣可以被強磁場吸引的原理製備的。

這種傳感器只能用於氧氣的檢測，大氣環境中只有氮氧化物能夠產生微小的影響，但是由於這些干擾氣體的含量往往很少，所以，磁氧分析技術的選擇性幾乎是唯一的！

“LEL"是指爆炸下限。可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限—簡稱%LEL。英文：Lower Explosion Limited。

可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度，稱為爆炸上限—簡稱%UEL。英文：Upper Explosion Limited。

那麼什麼是爆炸下限？ 可燃性氣體的濃度過低或過高它是沒有危險的，它只有與空氣混合形成混合氣或更確切地説遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發生燃燒或爆炸。

燃燒是伴有發光發熱的激烈氧化反應，它必須具備三個要素：a、可燃物（燃氣）；b、助燃物（氧氣）；c、點火源（温度）。

可燃氣的燃燒可以分為兩類，一類是擴散燃燒，即揮發的或從設備中噴出、泄漏的可燃氣，遇到點火源混合燃燒。

另一類燃燒，是可燃氣與空氣混合着火燃燒，這種燃燒反應激烈而速度快，一般會產生巨大的壓力和聲響，又稱之為爆炸。燃燒與爆炸沒有嚴格的區分。

有關部門和專家已經對現發現的可燃氣作了燃燒爆炸分析，制定出了可燃性氣體的爆炸極限，它分為爆炸上限（英文upper explode limit的簡寫UEL）和爆炸下限（英文lower explode limit的簡寫LEL）。

低於爆炸下限，混合氣中的可燃氣的含量不足，不能引起燃燒或爆炸，高於上限混合氣中的氧氣的含量不足，也不能引起燃燒或爆炸。

另外，可燃氣的燃燒與爆炸還與氣體的壓力、温度、點火能量等因素有關。爆炸極限一般用體積百分比濃度表示。

爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱，可燃氣體在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發生爆炸。低於爆炸下限或高於爆炸上限都不會發生爆炸。因此，在進行爆炸測量時，報警濃度一般設定在爆炸下限的25%LEL以下。

各種可燃氣體檢測儀的測量範圍為0-100%LEL。 固定式可燃氣體檢測儀的通常設有二個報警點（與報警主機的型號有關）：10%LEL為一級報警，25%LEL為二級報警。

便攜式可燃氣體檢測儀的通常設有一個報警點：25%LEL為報警點。 舉例説明，甲烷的爆炸下限為5%體積比，那也就是説，把這個5%體積比，一百等分，讓5%體積比對應100%LEL，也就是説，當檢測儀數值到達10%LEL報警點時，相當於此時甲烷的含量為0.5%體積比。

當檢測儀數值到達25%LEL報警點時，相當於此時甲烷的含量為1.25%體積比。 所以，您不必擔心報警後是不是隨時有危險了，此時是在提示您，要馬上採取相應的措施啦，比如開啓排氣扇或是切斷一些閥門等，離真正有可能出現危險的爆炸下限還有很大一段差距，這樣才會起到報警提示的作用。

ppm是溶液濃度（溶質質量分數）的一種表示方法，ppm表示百萬分之一。

對於溶液：即1升水溶液中有1/1000毫升的溶質，則其濃度（溶質質量分數）為1ppm。

對於氣體：對環境大氣（空氣）中污染物濃度的表示方法之一。

體積濃度表示法：一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數，即ppm

大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度都是體積濃度（ppm）。而按我國規定，特別是環保部門，則要求氣體濃度以質量濃度的單位（如：mg/m3）表示，我們國家的標準規範也都是採用質量濃度單位（如：mg/m3）表示。

按使用方式可分為台式氣體檢測儀和手持氣體檢測儀

按可檢測的氣體數量可分為單一氣體檢測儀和多種氣體檢測儀

按氣體傳感器的原理可分為紅外線氣體檢測儀、熱磁氣體檢測儀、電化學式氣體檢測儀、半導體式氣體檢測儀、紫外線氣體檢測儀等。

以常見的紅外線氣體檢測儀為例，説明氣體檢測儀的原理：

測量這種吸收光譜可判別出氣體的種類；測量吸收強度可確定被測氣體的濃度。紅外線檢測儀的使用範圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反應迅速,能在線連續指示,也可組成調節系統。工業上常用的紅外線氣體檢測儀的檢測部分由兩個並列的結構相同的光學系統組成。

一個是測量室，一個是參比室。兩室通過切光板以一定週期同時或交替開閉光路。在測量室中導入被測氣體後，具有被測氣體特有波長的光被吸收，從而使透過測量室這一光路而進入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進入到紅外線接收氣室的光通量就越少；而透過參比室的光通量是一定的，進入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測氣體濃度越高，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。這個光通量差值是以一定週期振動的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內封有濃度較大的被測組分氣體，在吸收波長範圍內能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動的光通量變為温度的週期變化，再可根據氣態方程使温度的變化轉換為壓力的變化，然後用電容式傳感器來檢測，經過放大處理後指示出被測氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測紅外線的量子式紅外線傳感器，並採用紅外干涉濾光片進行波長選擇和配以可調激光器作光源，形成一種嶄新的全固體式紅外氣體檢測儀。這種檢測儀只用一個光源、一個測量室、一個紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測量。此外，若採用裝有多個不同波長的濾光盤，則能同時分別測定多組分氣體中的各種氣體的濃度。

氣體檢測儀可檢測硫化氫，一氧化碳，氧氣，二氧化硫，磷化氫，氨氣，二氧化氮，氰化氫，氯氣，二氧化氯，臭氧和可燃氣體等多種氣體，廣泛應用在石化、煤炭、冶金、化工、市政燃氣、環境監測等多種場所現場檢測。 可以實現特殊場合測量需要；可對坑道、管道、罐體、密閉空間等進行氣體濃度探測或泄漏探測。 ^[2] 

1、檢查氣體流量、通常為30/h，流量過大或者過小對分析儀結果影響較大

2、更換濾紙：停抽氣泵，過濾罐排水

3、檢查氣路系統中有無漏氣現象。抽泣泵膜片有無破損，取樣探頭密封圈是否破裂，四通閥、冷凝汽是否損壞等

4、取樣探頭清洗，取樣孔管路疏通

5、檢查冷凝器工作是否正常，通常温度調整在3攝氏度範圍內

6、檢查測量器室看是否髒污，及時清洗。

氣體檢測儀的使用壽命主要取決於，它的主要元件-----傳感器。

我們也知道，不可能有一種傳感器可以檢測所有的氣體，滿足所有的要求，各種氣體和各種環境使用的傳感器也不一樣，大致可以分為：用於檢測有毒氣體濃度的傳感器和用於檢測可燃氣體的爆炸濃度的傳感器。

用於測量有毒氣體濃度的傳感器大多是電化學傳感器，它是基於電化學原理工作的傳感器，影響其壽命的主要是電解液，一般的傳感器在2～3年之後，電解液就消耗的不能再正常工作了，所以電化學傳感器的使用壽命是2～3年。

用於檢測可燃氣體濃度的傳感器大多是催化燃燒傳感器，它的使用壽命在3～5年。

每一個生產部門所遇到的氣體種類都是不同的。在選擇氣體檢測儀時就要考慮到所有可能發生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多，選擇LEL檢測儀無疑是最為合適的。這不僅是因為LEL檢測儀原理簡單，應用較廣，同時它還具有維修、校準方便的特點。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體，就要優先選擇一個特定氣體檢測儀才能保證工人的安全。如果更多的是有機有毒有害氣體，考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低，比如芳香烴、鹵代烴、氨(胺)、醚、醇、脂等等，就應當選擇前章介紹的光離子化檢測儀，而絕對不要使用LEL檢測器應付，因為這可能會導致人員傷亡。

如果氣體種類覆蓋了以上幾類氣體，選擇一個複合式氣體檢測儀可能會達到事半功倍的效果。

工業環境的不同，選擇氣體檢測儀種類也不同。

A)固定式氣體檢測儀：

這是在工業裝置上和生產過程中使用較多的檢測儀。它可以安裝在特定的檢測點上對特定的氣體泄漏進行檢測。弈揚固定式檢測器一般為兩體式，有傳感器和變送組成的檢測頭為一體安裝在檢測現場，有電路、電源和顯示報警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場所，便於監視。它的檢測原理同前節所述，只是在工藝和技術上更適合於固定檢測所要求的連續、長時間穩定等特點。它們同樣要根據現場氣體的種類和濃度加以選擇，同時還要注意將它們安裝在特定氣體最可能泄漏的部位，比如要根據氣體的比重選擇傳感器安裝的最有效的高度等等。

B)便攜式氣體檢測儀：

由於便攜式儀器操作方便，體積小巧，可以攜帶至不同的生產部位，弈揚電化學檢測儀採用鹼性電池供電,可連續使用1000小時；新型LEL檢測儀、PID和複合式儀器採用可充電池(有些已採用無記憶的鎳氫或鋰離子電池)，使得它們一般可以連續工作近12小時，所以，作為這類儀器在各類工廠和衞生部門的應用越來越廣。

如果是在開放的場合，比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報警，可以使用隨身佩戴的擴散式氣體檢測儀，因為它可以連續、實時、準確地顯示現場的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動警報附件——以避免在嘈雜環境中聽不到聲音報警，並安裝計算機芯片來記錄峯值、STEL(15分鐘短期暴露水平)和TWA(8小時統計權重平均值)——為工人健康和安全提供具體的指導。

如果是進入密閉空間，比如反應罐、儲料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設施、農業密閉糧倉、鐵路罐車、船運貨艙、隧道等工作場合，在人員進入之前，就必須進行檢測，而且要在密閉空間外進行檢測。此時，就必須選擇帶有內置採樣泵的多氣體檢測儀。如果環境中存在多種氣體，選擇一個複合式氣體檢測儀可能會達到事半功倍的效果。

C）複合式氣體檢測儀

複合式多氣體檢測儀可以在一台儀器上配備所需的多個氣體檢測傳感器，所以它具有體積小、重量輕、響應快、同時多氣體濃度顯示的特點。更重要的是，弈揚複合式多氣體檢測儀的價格要比多個單一擴散式氣體檢測儀便宜一些，使用起來也更加方便。需要注意的是在選擇這類檢測儀時，最好選擇具有單獨開關各個傳感器功能的儀器，以防止由於一個傳感器損害影響其它傳感器使用。