Princíp a použitie detektorov toxických a škodlivých plynov
Princíp a použitie detektorov toxických a škodlivých plynov/Kľúčovým komponentom detektorov plynov sú plynové senzory. Senzory plynu možno v zásade rozdeliť do troch kategórií:
A) Plynové senzory využívajúce fyzikálne a chemické vlastnosti, ako je polovodičový typ (povrchovo riadený, objemovo riadený, typ povrchového potenciálu), typ katalytického spaľovania, typ tepelnej vodivosti tuhých látok atď.
B) Plynové senzory využívajúce fyzikálne vlastnosti, ako je tepelná vodivosť, optická interferencia, infračervená absorpcia atď.
C) Plynové senzory využívajúce elektrochemické vlastnosti, ako je elektrolýza s konštantným potenciálom, Gavanniho batéria, membránová iónová elektróda, fixný elektrolyt atď.
Podľa nebezpečnosti klasifikujeme toxické a škodlivé plyny do dvoch kategórií: horľavé plyny a toxické plyny. Vzhľadom na ich odlišné vlastnosti a nebezpečenstvá sa líšia aj ich metódy detekcie.
Horľavý plyn je najbežnejším nebezpečným plynom, ktorý sa vyskytuje v priemyselných prostrediach, ako je petrochemický priemysel. Pozostáva hlavne z organických plynov, ako sú alkány a určitých anorganických plynov, ako je oxid uhoľnatý. Výbuch horľavých plynov musí spĺňať určité podmienky, to znamená určitú koncentráciu horľavých plynov, určité množstvo kyslíka a dostatok tepla na zapálenie ich zdroja vznietenia. Toto sú tri základné prvky výbuchu a žiadny z nich nie je nevyhnutný. Inými slovami, absencia ktorejkoľvek z týchto podmienok nespôsobí požiar ani výbuch.
Keď sa horľavé plyny (para, prach) a kyslík zmiešajú a dosiahnu určitú koncentráciu, pri stretnutí so zdrojom ohňa s určitou teplotou dôjde k výbuchu. Koncentráciu horľavého plynu, ktorý vybuchne, keď narazí na zdroj požiaru, nazývame limit koncentrácie výbuchu, označovaný ako limit horľavosti, ktorý sa všeobecne vyjadruje v %.
V našej práci sa ako detektory katalytického spaľovania bežne používajú detektory, ktoré merajú tieto plyny pomocou LEL. Jej princípom je detekčná jednotka s dvojitým mostom (bežne označovaná ako Wheatstoneov most). Jeden z týchto mostíkov z platinového drôtu je potiahnutý látkami katalytického spaľovania. Pokiaľ je možné pomocou elektródy zapáliť akýkoľvek horľavý plyn, zmení sa odpor mostíka z platinového drôtu v dôsledku zmien teploty. Táto zmena odporu je úmerná koncentrácii horľavého plynu. Koncentráciu horľavého plynu možno vypočítať pomocou obvodového systému prístroja a mikroprocesora. Na trhu možno nájsť aj detektory tepelnej vodivosti VOL, ktoré priamo merajú objemovú koncentráciu horľavých plynov a už existujú detektory, ktoré kombinujú LEL/VOL. Detektor horľavých plynov VOL je vhodný najmä na meranie objemovej (VOL) koncentrácie horľavých plynov v hypoxickom prostredí (s nedostatkom kyslíka).
Toxické plyny môžu existovať vo výrobných surovinách, ako je väčšina organických chemikálií (VOC), ako aj vo vedľajších produktoch v rôznych fázach výrobného procesu, ako je amoniak, oxid uhoľnatý, sírovodík atď. Sú to najnebezpečnejšie faktory pre pracovníkov. Tento typ poškodenia zahŕňa nielen bezprostredné poškodenie, ako je fyzická nepohoda, choroba, smrť atď., ale aj dlhodobé poškodenie ľudského tela, ako je invalidita, rakovina atď. Detekcia týchto toxických a škodlivých plynov je rozvojové krajiny by mali začať venovať dostatočnú pozornosť.
Na detekciu špecifických toxických plynov v súčasnosti najviac využívame špecializované plynové senzory. Môže zahŕňať všetky vyššie uvedené plynové senzory, ako aj fotoionizačný detektor popísaný v predchádzajúcich dvoch kapitolách. Spomedzi nich je najbežnejšou metódou detekcie anorganických plynov s relatívne vyspelou technológiou a najlepšími komplexnými indikátormi metóda elektrolýzy s konštantným potenciálom, tiež známa ako elektrochemické senzory.
Elektrochemický senzor sa skladá z dvoch reakčných elektród - pracovnej elektródy, protielektródy a referenčnej elektródy - umiestnených v špecifickom elektrolyte (ako je znázornené na obrázku vyššie), a potom sa medzi reakčné elektródy privedie dostatočné napätie, ktoré umožní Redoxu sa uskutoční cez meraný plyn potiahnutý filmom katalyzátora z ťažkého kovu a potom sa prúd generovaný počas elektrolýzy plynu meria cez obvodový systém v prístroji. Potom mikroprocesor vo vnútri vypočíta koncentráciu plynu.
V súčasnosti medzi elektrochemické senzory, ktoré dokážu detegovať špecifické plyny, patrí oxid uhoľnatý, sírovodík, oxid siričitý, oxid dusnatý, oxid dusičitý, amoniak, chlór, kyselina kyanurová, etylénoxid, chlorovodík atď.
Na detekciu VOC detektora je možné použiť fotoionizačný detektor uvedený v predchádzajúcej kapitole. Kyslík je tiež faktorom, ktorý si vyžaduje veľkú pozornosť v priemyselných prostrediach, najmä v uzavretých prostrediach. Vo všeobecnosti, keď obsah kyslíka presiahne 23,5 %, označuje sa to ako nadmerný kyslík (obohatený kyslík), čo môže ľahko viesť k riziku výbuchu; Ak je obsah kyslíka nižší ako 19,5 %, znamená to nedostatok kyslíka (hypoxia), čo môže u pracovníkov ľahko viesť k uduseniu, kóme a dokonca smrti. Normálny obsah kyslíka by mal byť okolo 20,9 %. Detektory kyslíka sú tiež typom elektrochemického senzora.
