氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座

第四章氣體檢測(cè)

一、本章教學(xué)目標(biāo)掌握氣體檢測(cè)儀表原理、使用及各種氣體傳感器檢測(cè)原理。二、本章主要內(nèi)容第一節(jié)氣體檢測(cè)概述第二節(jié)熱導(dǎo)型氣體檢測(cè)熱導(dǎo)型氣體檢測(cè)工作原理、測(cè)量熱導(dǎo)元件、傳感器結(jié)構(gòu)與檢測(cè)原理第三節(jié)載體熱催化原理氣體檢測(cè)熱催化元件、熱催化型元件檢測(cè)甲烷等可燃?xì)怏w原理、載體熱催化元件特征、可燃?xì)怏w遙測(cè)報(bào)警斷電儀第四節(jié)一氧化碳和硫化氫氣體檢測(cè)檢知管結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理、定電位電化學(xué)一氧化碳傳感器、一氧化碳和硫化氫檢測(cè)報(bào)警器、紅外線氣體分析氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第1頁(yè)第五節(jié)氧氣（O2）濃度檢測(cè)電化學(xué)化測(cè)氧、電磁法測(cè)氧(O2)、第六節(jié)光干涉法瓦斯檢測(cè)器光干涉式甲烷檢定器原理與結(jié)構(gòu)、光學(xué)甲烷機(jī)檢定器使用第七節(jié)氣相色譜儀氣相色譜儀組成及檢測(cè)原理、定性與定量分析重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、各種氣體檢測(cè)儀表原理；2、各種氣體檢測(cè)傳感器原理與性能氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第2頁(yè)第一節(jié)概述1、有害氣體成份可燃爆炸性氣體：——CH4、C2H4、C2H6、C3H8、H2、C2H2等中毒性氣體：——CO、H2S、氰氫酸等窒息性氣體：——NH3、N2、CO2等助燃?xì)怏w：——O22、氣體檢測(cè)傳感器種類熱導(dǎo)類――各類氣體熱催化類――可燃性氣體電化類――CO、O2磁學(xué)類――順磁性氣體O2、NO、NO2光學(xué)類――紅外線CO、CH4等各種氣體氣相色譜類――氣體分析，各類氣體氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第3頁(yè)3、氣體檢測(cè)傳感器要求1)可燃?xì)怏w最小值在下限1/10以下；2)中毒性氣體在允許濃度1/10以下；3)可燃性氣體反應(yīng)速度<30S；4)中毒性氣體反應(yīng)速度<10S；5)不論是可燃?xì)怏w，還是中毒性氣體報(bào)警點(diǎn)都任意可調(diào)；6)工作環(huán)境(1）工作溫度-20～40℃；(2）工作電壓或電流為工作電源電壓或電流±10%波動(dòng);(3）本身要防爆、防中毒；(4）防振、防沖擊、強(qiáng)度大。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第4頁(yè)第二節(jié)熱導(dǎo)型氣體檢測(cè)

一、檢測(cè)原理1、熱導(dǎo)原理利用各種氣體熱導(dǎo)率與空氣熱導(dǎo)率差異，以及熱導(dǎo)率與氣體濃度關(guān)系原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)。各個(gè)氣體熱導(dǎo)率：λ—?dú)怏w熱導(dǎo)率，cal/cm.s氣體分子量，kg氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速度，cm/s氣體定容比熱，Jmol/K單位體積內(nèi)分子數(shù)自由旅程平均長(zhǎng)度，cm氣體分子有效直徑，cm絕對(duì)溫度，K肖節(jié)倫德常數(shù)，由試驗(yàn)確定由上式可知，氣體熱導(dǎo)率隨溫度增加而增加，當(dāng)溫度為定值時(shí)，熱導(dǎo)率與氣體分子直徑成反比，分子直徑越小，由其熱導(dǎo)率越大，在普通情況下熱導(dǎo)率與氣壓無(wú)關(guān)。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第5頁(yè)

2、混合氣體熱導(dǎo)率氣體熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系復(fù)雜，慣用下式表示：式中：λt、λ0——分別為t和0℃時(shí)熱導(dǎo)率；β——一定范圍內(nèi)氣體熱導(dǎo)率溫度系數(shù)。對(duì)于混合氣體熱導(dǎo)率能夠粗略認(rèn)為是各組分熱導(dǎo)率之平均值，即：式中：λc、λi——分別為混合氣體熱導(dǎo)率和i種氣體熱導(dǎo)率。ni——為第i種氣體百分含量。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第6頁(yè)設(shè)空氣中有CH4為m，空氣熱導(dǎo)率為λa，甲烷熱導(dǎo)率為λ。甲烷和空氣混合氣體熱導(dǎo)率為λc。則：

由上式可看出，只要測(cè)出λc，就可測(cè)出m值。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第7頁(yè)主要?dú)怏w導(dǎo)熱率單位：卡/厘米·秒·度

氣體名稱0℃時(shí)熱導(dǎo)率（×10-5）100℃時(shí)熱導(dǎo)率（×10-5）相對(duì)熱導(dǎo)率空氣5.667.2771O25.8397.881.03CO7.3020.94He40.795.99H248.976.65NH310.9281.30NO5.6477.5621.00CO23.4855.4840.615N2O3.6265.7110.64SO21.950.345氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第8頁(yè)二、熱導(dǎo)元件——熱量——電阻變換元件、熱變?cè)?/p>

1、金屬絲熱敏電阻因?yàn)棣與t成正比，普通選取用R溫度系數(shù)較大材料好，鉑電阻、鎢絲、錸鎢絲要求：絲直10～50μm

，純度愈高愈好，特點(diǎn)：穩(wěn)定性好，零漂小，線性好，重復(fù)性高，壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，化學(xué)穩(wěn)定性差；交換性差。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第9頁(yè)2、半導(dǎo)體熱敏電阻1）金屬氧化物半導(dǎo)體2）炭化硅半導(dǎo)體3）鈦酸鋇正特征熱敏半導(dǎo)體

熱敏電阻溫度系數(shù)比鉑絲溫度系數(shù)大得多。當(dāng)工作溫度為180℃時(shí)，相當(dāng)于鉑絲5倍，故半導(dǎo)體熱敏電阻靈敏度比鉑絲靈敏度高約5～10倍。

特點(diǎn)：（1）受CO2、水蒸氣影響較大；（2）零點(diǎn)飄移；（3）元件一致性和交換性較差――受加工工藝影響較大。甲烷熱導(dǎo)率是空氣熱導(dǎo)率1.296倍，因而用熱導(dǎo)方法來測(cè)量濃度很低甲烷時(shí)得到輸出信號(hào)很小，氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第10頁(yè)三、傳感器原理熱導(dǎo)式傳感器采取電阻溫度系數(shù)較大金屬絲（鉑絲或鎢絲）或半導(dǎo)體熱敏電阻作為敏感元件。把性能相同一對(duì)熱導(dǎo)元件分別接在電橋電路兩個(gè)臂上，一支放置在與被測(cè)氣體相通氣室中，叫測(cè)量元件；另一支放置在充滿地面標(biāo)準(zhǔn)大氣密閉氣室中，叫賠償元件，如圖所表示。工作時(shí)，當(dāng)測(cè)量元件與賠償元件輸入一樣電流后，產(chǎn)生熱量相同，但因?yàn)樯峤橘|(zhì)不一樣，使兩元件存在一定溫差，兩元件產(chǎn)生一個(gè)與溫差相適應(yīng)熱態(tài)電阻差，破壞電橋平衡，電橋輸出一個(gè)與被測(cè)氣體濃度改變成百分比關(guān)系電信號(hào)。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第11頁(yè)四、特點(diǎn)因?yàn)榧儽粶y(cè)氣體或高濃度被測(cè)氣體熱導(dǎo)率與空氣熱導(dǎo)率相差較大，所以測(cè)量高濃度時(shí)，精度高。不過假如被測(cè)氣體濃度較低，其熱導(dǎo)率與空氣熱導(dǎo)率相近，輸出信號(hào)較弱，其靈敏度和分辨力很小，所以，這類傳感器不適合用于在低濃度下使用。五、儀器當(dāng)前，熱導(dǎo)型儀表型號(hào)繁多，有我國(guó)生產(chǎn)LRD—1型甲烷檢定器和與煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相配接KG3001型甲烷傳感器，波蘭生產(chǎn)CKA型高濃度甲烷傳感器和德國(guó)生產(chǎn)BD甲烷傳感器等等。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第12頁(yè)第三節(jié)載體熱催化原理氣體檢測(cè)

一、載體熱催化特點(diǎn)1、對(duì)可燃?xì)怏w下限以下氣體濃度測(cè)量，其輸出呈線性；2、對(duì)于爆炸下限以下濃度測(cè)量時(shí)，能輸出數(shù)十毫伏電信號(hào)，靈敏度高；3、對(duì)不可燃?xì)怏w不反應(yīng)；4、受硫化物、鹵化物、硅氧基化合物及砷、氯、鉛等化合物和空氣中OH鍵及氮氧化物影響，元件產(chǎn)生中毒現(xiàn)象；5、元件碰到高濃度可燃?xì)怏w時(shí)，易損壞；6、元件工作溫度高，表面溫度在300～400℃，而內(nèi)部溫度可達(dá)700～800℃，對(duì)氫氣有爆炸性。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第13頁(yè)二、熱催化元件1、純鉑絲催化元件1）結(jié)構(gòu)：如圖所表示。2）特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造輕易；(2)抗中毒能力強(qiáng)――在100ppmH2S，1％CH4可連續(xù)工作4小時(shí)，活性不下降；(3)元件工作溫度高（900～1000℃），鉑絲升華嚴(yán)重，造成零飄嚴(yán)重；圖純鉑絲元件氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第14頁(yè)

2、載體催化元件1）載體催化元件組成載體催化元件組成如圖4-3-2

由鉑絲線圈、載體和催化劑。載體催化劑鉑絲線圈氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第15頁(yè)2）各部分功效(1)鉑絲線圈：A、對(duì)載體和催化劑進(jìn)行加熱，使可燃?xì)怏w接觸元件后達(dá)一定氧化狀態(tài)；B、把可燃?xì)怏w在催化劑作用下燃燒生成熱量檢測(cè)出來；(2)載體A、提供較大反應(yīng)接觸面積；B、固定鉑絲幾何形狀；C、附載催化劑；D、傳導(dǎo)熱量給鉑絲。(3)催化劑：鈀Pd、鉑Pt、釷Th等A、加緊反應(yīng)速度；B、降低氣體燃燒溫度（650降到350℃）氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第16頁(yè)3）制作纏絲――去芯――附載體―附催化劑――老化處理黑元件――檢測(cè)元件；白元件――賠償元件（未涂催化劑，對(duì)環(huán)境（風(fēng)速、溫度、濕度、電流、電壓）改變影響進(jìn)行賠償；

配對(duì)使用。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第17頁(yè)二、催化型元件檢測(cè)可燃?xì)怏w原理1.載體熱催化元件及檢測(cè)原理

其檢測(cè)原理是甲烷等可燃?xì)怏w在催化劑（鉑、銠、鈀）作用下，在元件表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，同時(shí)放出熱量。其氧化反應(yīng)式為：

釋放出熱量Q使元件溫度上升，造成鉑絲阻值改變。鉑絲電阻在0～630.74℃范圍內(nèi)與可燃?xì)怏w濃度成正比。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第18頁(yè)2.載體熱催化型可燃?xì)怏w傳感器利用載體熱催化元件制成傳感器結(jié)構(gòu)如圖所表示，主要有黑（熱催化元件）和白（賠償元件）兩種元件，其阻值分別為r1和r2，與固定電阻R1和R2組成電橋電路。為使電橋在無(wú)可燃?xì)怏w狀態(tài)下處于平衡狀態(tài)，橋路內(nèi)裝有調(diào)零電位器W1。電阻r2’并聯(lián)在白元件r2上，賠償黑白元件熱學(xué)性質(zhì)差異元件，以改進(jìn)電橋零點(diǎn)飄移。圖載體熱催化原件測(cè)量原理圖R2R1電阻溫度系數(shù)小調(diào)零電位器賠償黑白元件熱學(xué)性質(zhì)差異氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第19頁(yè)3.工作過程傳感器工作時(shí)，在恒流源作用下，有電流流過電橋四個(gè)臂。無(wú)可燃?xì)怏w氣體時(shí)，電橋輸出平衡；有可燃?xì)怏w時(shí)，可燃?xì)怏w與氧氣在黑元件表面進(jìn)行無(wú)焰燃燒，放出熱量被元件吸收引發(fā)元件溫度升高，使鉑絲電阻增大。另首先，白元件上無(wú)催化劑，可燃?xì)怏w在其表面不進(jìn)行氧化燃燒。但它處于與黑元件相同工作環(huán)境，起著對(duì)非可燃?xì)怏w環(huán)境改變（環(huán)境溫度改變、濕度改變、風(fēng)速改變以及電源電流電壓改變）而引發(fā)催化元件阻值改變賠償作用。這么就破壞原來電橋平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比電信號(hào)。然后將此信號(hào)送入放大電路放大，再送至顯示、報(bào)警或其它單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)。

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第20頁(yè)

三、可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警便攜儀當(dāng)前國(guó)內(nèi)外利用載體熱催化原理元件生產(chǎn)可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警便攜儀廠家和型號(hào)較多，但它們檢測(cè)原理和結(jié)構(gòu)基本一樣，采取載體熱催化元件作為檢測(cè)元件，經(jīng)過電橋電路輸出電信號(hào)，經(jīng)放大后，分別送給報(bào)警電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由液晶顯示出可燃?xì)怏w濃度大小。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度到達(dá)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，經(jīng)過比較器輸出一高電平，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。為了確保儀器使用可靠性，多數(shù)儀器均設(shè)有欠壓報(bào)警（或指示）及傳感器故障等自檢電路。如圖4-3-4。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第21頁(yè)本安型電池聲報(bào)警驅(qū)動(dòng)光報(bào)警驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)發(fā)生器報(bào)警信號(hào)鎖存器過沖保護(hù)電路穩(wěn)壓電源電源變換邏輯電路電橋電路控制開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換LED數(shù)字顯示轉(zhuǎn)換超限比較工作選擇報(bào)警點(diǎn)選擇欠壓、指示、控制數(shù)字鎖存本安型電池聲報(bào)警驅(qū)動(dòng)光報(bào)警驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)發(fā)生器報(bào)警信號(hào)鎖存器過沖保護(hù)電路穩(wěn)壓電源電源變換邏輯電路電橋電路控制開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換LED數(shù)字顯示轉(zhuǎn)換超限比較工作選擇報(bào)警點(diǎn)選擇欠壓、指示、控制數(shù)字鎖存圖4-3-4某甲烷氣體檢測(cè)便攜儀原理框圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第22頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低、性能較穩(wěn)定及使用壽命長(zhǎng)。測(cè)定低濃度可燃?xì)怏w時(shí)，輸出信號(hào)較大（1%CH4時(shí)，輸出電壓可達(dá)150mV以上），信號(hào)處理和顯示較簡(jiǎn)便、直觀，易于實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警、遙測(cè)。缺點(diǎn)：是催化劑與硫、鉛、磷、氯等化合物接觸時(shí)，催化性能逐步降低，使儀器靈敏度降低。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第23頁(yè)80%圖載體熱催化元件輸出特征輸出mV0CH4濃度

四、載體熱催化元件工作特征

1、元件活性：可燃?xì)怏w燃燒速率。活性高，輸出信號(hào)大；

2、穩(wěn)定性：在新鮮空氣與一定可燃?xì)怏w環(huán)境中連續(xù)工作時(shí)間；

3、工作點(diǎn)和工作區(qū)間：元件標(biāo)準(zhǔn)工作電壓或電流（如1.2V）；元件工作電流或電壓變動(dòng)時(shí)，元件輸出活性保持直線，電壓或電流改變范圍稱為工作區(qū)間（±10%）；

4、輸出特征：元件輸出與可燃?xì)怏w濃度之間關(guān)系，對(duì)于載體熱催化元件，存在雙值現(xiàn)象；5%9.5%缺氧使燃燒不充分氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第24頁(yè)5、靜態(tài)方程――熱量平衡載體熱催化元件是利用甲烷與氧氣在元件表面反應(yīng)熱效應(yīng)來檢測(cè)甲烷濃度。元件在工作過程中熱力學(xué)關(guān)系決定了它工作特征，其中元件溫度增量△T是熱力學(xué)關(guān)系中中心變量。工作時(shí)元件置于檢測(cè)氣室中，通工作電流，對(duì)于賠償元件(白元件)因?yàn)楣ぷ麟娏骷訜峁β兽D(zhuǎn)換后所取得熱量Q。(4-3-2)式中Q——元件取得熱量，W；I——元件工作電流，A；R——元件電阻，Ω。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第25頁(yè)賠償元件損耗熱量，包含周圍空氣帶走熱量Q1，元件向周圍空間輻射散熱Q2，元件鉑絲經(jīng)過引線傳導(dǎo)散熱Q3，設(shè)環(huán)境溫度為T0，賠償元件溫度為Ti，熱導(dǎo)功率與溫度梯度成正比，與熱導(dǎo)面積成反比。α1、α3——分別為空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)和鉑絲熱傳導(dǎo)系數(shù)，J/m2·S·℃；S1、S3——分別為元件和鉑絲截面積，m2；Ti、T0——分別為元件溫度和環(huán)境溫度，℃。A——輻射系數(shù)；δ——斯芯潘常數(shù)，δ=5.6686×10-12，J/m·s·K4。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第26頁(yè)白元件達(dá)熱平衡時(shí)，(4-3-4)對(duì)于檢測(cè)元件(黑元件)，因?yàn)橛屑淄楫a(chǎn)生燃燒，產(chǎn)生反應(yīng)熱△Q，電阻也有一個(gè)對(duì)應(yīng)增加量△R，故對(duì)檢測(cè)元件熱平衡方程：(4-3-5)氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第27頁(yè)設(shè)鉑電阻溫度系數(shù)為αt，黑元件作為絕對(duì)黑體處理，A=1，而△R=R0αt△T，則(4-3-5)式可寫為：式中αt——金屬絲電阻溫度系數(shù)；Q——元件取得熱量，W；ΔQ——甲烷燃燒生成熱量，W；ΔT——ΔQ引發(fā)溫升，K；ΔR——ΔT引發(fā)電阻改變，Ω；I——元件經(jīng)過電流，A；R——元件經(jīng)過電阻，Ω。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第28頁(yè)由靜態(tài)方程(4-3-4)和(4-3-6)式可知，熱傳導(dǎo)和熱輻射是工作元件熱損耗。它們情況決定了元件工作特征。伴隨加熱電流增加，元件溫度逐步上升，開始輻射熱較小，熱傳導(dǎo)損耗是耗熱主要部分。因?yàn)檩椛錈崤c溫度4次方成正比，隨溫度升高，輻射散熱所占比重逐步增大。當(dāng)溫度升高到400℃以后，輻射散熱超出傳導(dǎo)熱而成為主要部分。溫度繼續(xù)升高，輻射熱快速增加，當(dāng)溫度超出620℃時(shí)，因?yàn)檩椛渖嶙饔?，元件溫度深入增加就比較困難。溫度620℃對(duì)應(yīng)甲烷濃度是4%(工作電流0—340mA)。所以，4%以后濃度再增加，元件輸出增加量將顯著降低，這就引發(fā)元件對(duì)高濃度CH4進(jìn)行檢測(cè)時(shí)呈非線性，誤差大。利用靜態(tài)方程，可對(duì)元件工作特征，如檢測(cè)范圍、賠償電阻作用等問題給予解釋。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第29頁(yè)6、元件中毒特征

催化劑與S、P、Pb、Cl、Si作用，使其催化活性降低，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生物理化學(xué)作用。暫時(shí)中毒――能恢復(fù)，如S、Cl化物；永久中毒――不能恢復(fù)；如Si、Pb。中毒程度與中毒物濃度和接觸時(shí)間長(zhǎng)短相關(guān)；用相對(duì)靈敏度表示：相對(duì)靈敏度＝某一時(shí)間元件靈敏度/元件初始靈敏度＊100％

辦法－－了解毒物，用抗中毒元件，加過濾器等氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第30頁(yè)

7、載體催化元件激活特征――經(jīng)過一段工作元件碰到高濃度可燃?xì)怏w數(shù)分鐘后，元件活性升高，高濃度可燃?xì)怏w消失后，幾十小時(shí)元件活性又下降到原來值。

8、載體催化元件儀器反應(yīng)速度――指儀器從接觸可燃?xì)怏w到傳感器元件能正確地指示數(shù)據(jù)為止，所經(jīng)歷時(shí)間。與傳感器元件本身時(shí)間常數(shù)和氣體進(jìn)入儀器氣室結(jié)構(gòu)相關(guān)。(1)元件本身時(shí)間常數(shù)E、T、I(2)氣室結(jié)構(gòu)――擴(kuò)散型和對(duì)流型擴(kuò)散型與對(duì)流型氣室反應(yīng)速度對(duì)比表氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第31頁(yè)9、高濃度可燃?xì)怏w影響(1)可燃?xì)怏w濃度在爆炸范圍內(nèi)――燃燒充分，元件燒結(jié)，燒裂，催化劑揮發(fā)；(2)可燃?xì)怏w濃度在爆炸范圍以上――燃燒不充分，碳粒集結(jié)，元件燒崩裂，催化劑揮發(fā)；10、元件使用壽命――靈敏度下降50％時(shí)間。50%氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第32頁(yè)五、可燃?xì)怏w遙測(cè)報(bào)警斷電儀可燃?xì)怏w遙測(cè)報(bào)警斷電儀除含有連續(xù)監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w濃度功效外，還含有報(bào)警、斷電功效、輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和探頭斷線自檢功效。實(shí)現(xiàn)了由“間斷”到“連續(xù)”，由“就地”到“遠(yuǎn)距離”檢測(cè)飛躍，為礦山安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1.可燃?xì)怏w遙測(cè)斷電儀可燃?xì)怏w遙測(cè)報(bào)警斷電儀種類較多。不過它們功效、基本原理和線路基本相同。儀器主要由就地和遠(yuǎn)地兩部分組成，就地部分由傳感器、主機(jī)、和聲光箱組成；遠(yuǎn)地部分主要是由接收機(jī)和統(tǒng)計(jì)儀組成。就地和遠(yuǎn)地均是由電纜連接。如圖4-3-5某可燃?xì)怏w遙測(cè)儀原理框圖。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第33頁(yè)圖4-3-6可燃?xì)怏w遙測(cè)儀原理框圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第34頁(yè)探頭是采取黑白元件組成電橋電路，將可燃?xì)怏w濃度變成電信號(hào)送給放大器進(jìn)行放大，放大信號(hào)分為四路：第一路送給本身電表就地顯示可燃?xì)怏w濃度；第二路送給報(bào)警電子開關(guān)，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度到達(dá)報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警電子開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出聲光報(bào)警；第三路送給斷電電子開關(guān)，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度到達(dá)斷電點(diǎn)時(shí)，即信號(hào)到達(dá)斷電開關(guān)觸發(fā)電壓時(shí)，則電路翻轉(zhuǎn)，繼電器吸合，使外控磁力起動(dòng)器控制繞組斷電，從而到達(dá)切斷就地電氣設(shè)備電源之目標(biāo)；第四路送給V/f轉(zhuǎn)換電路，將直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，去調(diào)制載波信號(hào)向地面發(fā)送。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第35頁(yè)接收機(jī)接收到遠(yuǎn)處發(fā)送被調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過接收、放大和檢波后，轉(zhuǎn)變成與就地主機(jī)內(nèi)電壓頻率轉(zhuǎn)換輸出方波個(gè)數(shù)相同脈沖信號(hào)，再進(jìn)行頻率/電壓轉(zhuǎn)換，又將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。一路送給遠(yuǎn)處主機(jī)電表顯示就地被測(cè)地點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度；另一路送報(bào)警電路，在地面發(fā)出聲光報(bào)警；第三路送給統(tǒng)計(jì)儀，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)處對(duì)就地可燃?xì)怏w濃度連續(xù)檢測(cè)。

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第36頁(yè)2.可燃?xì)怏w斷電儀可燃?xì)怏w斷電儀有固定型（用于控制固定型電氣設(shè)備）、車載型（用于控制電機(jī)車）和機(jī)載型。它主要是由主機(jī)、探頭和聲光箱三部分組成固定式監(jiān)測(cè)儀器。實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w連續(xù)檢測(cè)。同時(shí)在可燃?xì)怏w超限時(shí)，能發(fā)出聲光報(bào)警及自動(dòng)切斷被控設(shè)備電源，它與可燃?xì)怏w遙測(cè)儀區(qū)分就是不能遠(yuǎn)距離發(fā)送。比如AWD-3型可燃?xì)怏w斷電儀原理框圖如圖4-3-6所表示。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第37頁(yè)圖4-3-7可燃?xì)怏w斷電儀工作原理框圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第38頁(yè)第四節(jié)一氧化碳和硫化氫氣體檢測(cè)

檢測(cè)一氧化碳和硫化氫濃度儀器按其工作原理有：檢知管、電化學(xué)、氣敏半導(dǎo)體、紅外線、氣相色譜分析等。按其結(jié)構(gòu)形式分為便攜式和固定式兩類。一、檢定管1、結(jié)構(gòu)圖4-4-1比長(zhǎng)式CO判定管1－外殼，2－堵塞物，3－保護(hù)膠，4－隔離層，5－指標(biāo)膠；6－刻度

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第39頁(yè)2、檢測(cè)原理檢知管是一支φ4～6mm×150mm(長(zhǎng))玻璃管，內(nèi)裝活性載體，載體吸附化學(xué)試劑，管口溶封。使用時(shí)先打開管口，待測(cè)氣體以一定速度經(jīng)過檢知管，與管內(nèi)化學(xué)試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生變色圈，依據(jù)變色圈長(zhǎng)度來測(cè)定待測(cè)氣體濃度。一氧化碳檢知管是活性硅膠吸附了發(fā)煙硫酸和五氧化二碘（I2O5），當(dāng)含有CO氣體經(jīng)過時(shí)，發(fā)生以下反應(yīng)：（綜色）形成棕色變色圈，變色圈長(zhǎng)度與經(jīng)過CO濃度成正比，由檢知管上刻度可直接讀出CO濃度。這種檢知管，稱為比長(zhǎng)式檢知管。我國(guó)用于煤礦檢知管還有CO2、H2S、NO2等。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第40頁(yè)它們性能如表4-4-1(幾個(gè)檢知管性能表)檢知管類型載體吸附化學(xué)試劑變色CO活性硅膠發(fā)煙H2SO4和I2O5

由白色變成綜色CO2

活性氧化鋁NaOH藍(lán)色變?yōu)榘咨獺2S活性硅膠Pb(COO)2

由白色變成褐色3、測(cè)定方法1）選取適當(dāng)量程檢知管（預(yù)先預(yù)計(jì)）；2）采樣時(shí)注意安全（毒性氣體）；3）唧筒使用；4）使用：一定量，勻速，200ml,100S；5）超量程時(shí)近似測(cè)量：高濃度用降低進(jìn)樣量或稀釋方法；低濃度采取屢次進(jìn)樣方法。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第41頁(yè)二、定電位電化學(xué)一氧化碳傳感器1、原理――各種物質(zhì)在電解池中氧化還原反應(yīng)均在一定電位下進(jìn)行，某物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電極電位是在要求濃度溫度下物質(zhì)電極電位，當(dāng)高于該標(biāo)準(zhǔn)電極電位時(shí)，產(chǎn)生氧化反應(yīng)，低于該電位時(shí)產(chǎn)生還原反應(yīng)。在工作極上：在對(duì)極上：在工作極W與對(duì)極C之間產(chǎn)生電流I與CO濃度C、擴(kuò)散層面積A、薄膜擴(kuò)散系數(shù)D成正比，與擴(kuò)散層厚度δ成反比，

F――法拉第常數(shù)，n—1克當(dāng)量氣體所產(chǎn)生電子數(shù)

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第42頁(yè)2、傳感器結(jié)構(gòu)如圖4-4-2是CO傳感器電化學(xué)池結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。其內(nèi)是一個(gè)裝有三個(gè)電極電池，W為工作極，C為對(duì)極，R為提供恒定電位。該電池在恒定電位器產(chǎn)生0.9～1.1V恒定電位作用下，在恒電位電池場(chǎng)中，通入CO氣體并擴(kuò)散至工作極時(shí)，CO氣體發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2；同時(shí)，氣體中氧擴(kuò)散到對(duì)極C處，發(fā)生還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，工作極W放出電子，對(duì)極C上取得電子，從而在工作極W與對(duì)極C之間形成電解電流。其電流大小與CO濃度成正比。輸出電流信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換，以數(shù)字形式顯示出CO濃度。

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第43頁(yè)圖4-4-2CO傳感器電化學(xué)池結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖電解槽對(duì)極C電解液工作極W薄膜參比極R氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第44頁(yè)

3、特點(diǎn).優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，在一定范圍內(nèi)線性好，響應(yīng)快，體積小，價(jià)格低；

缺點(diǎn)：穩(wěn)定性、抗干擾性差，元件使用壽命短，保留困難。國(guó)產(chǎn)KG3013、KG3013A、KG3002一氧化碳傳感器，日本生產(chǎn)EC-109型、CM-550型，德國(guó)生產(chǎn)Comgtron2030i型，美國(guó)能源科學(xué)企業(yè)生產(chǎn)Ecolyzer型等等都是電化學(xué)原理。利用該原理制成各種便攜儀也較多，比如國(guó)產(chǎn)JB-3型和MINIPAC190型一氧化碳檢測(cè)報(bào)警儀。這類儀器或傳感器抗干擾性差，除CH4和CO2基本不參加反應(yīng)，而NO2、H2、SO2、C2H4、H2S均參加反應(yīng)，所以，使用時(shí)應(yīng)在其前端加過濾劑，方便對(duì)干擾氣體加以吸收，提升檢測(cè)精度。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第45頁(yè)三、一氧化碳和硫化氫檢測(cè)報(bào)警器1、MSA－570系列一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器一氧化碳隔爆傳感器，由探頭和前置放大器組成，探頭是電化學(xué)極普電池。前置放大器電路上基準(zhǔn)電壓發(fā)生器經(jīng)過緩沖放大器，給工作電極（測(cè)量電極）提供基準(zhǔn)電勢(shì)?；鶞?zhǔn)電勢(shì)使探頭工作電極相對(duì)于參比電極有一個(gè)適當(dāng)電勢(shì)，一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過隔爆片及探頭表面塑料薄膜，以擴(kuò)散方式進(jìn)入探頭發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)，工作電極釋放電子，參比電極取得電子，形成了與一氧化碳濃度成正比電流（微安級(jí)）信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大后經(jīng)過屏蔽電纜傳送到控制單元輸入放大器。其工作原理如圖4-4-3所表示。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第46頁(yè)MSA－570系列一氧化碳檢測(cè)報(bào)警器，可連續(xù)檢測(cè)空氣中CO在0～600mg/m3范圍內(nèi)濃度。當(dāng)一氧化碳濃度到達(dá)設(shè)定預(yù)報(bào)值和報(bào)警值時(shí)，可分別發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)開啟聯(lián)鎖觸點(diǎn)信號(hào)帶動(dòng)蜂嗚器發(fā)出報(bào)警。其控制系統(tǒng)安裝在控制室，傳感器安裝在測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)，可遠(yuǎn)距離連續(xù)檢測(cè)1～5點(diǎn)存在一氧化碳?xì)怏w場(chǎng)所濃度信號(hào)，傳輸距離可達(dá)1.5km。測(cè)量精度為5％FS，響應(yīng)時(shí)間小于60S，傳感器壽命為12個(gè)月。喇叭220V電流表指示指示燈對(duì)探頭前置放大板放大電路穩(wěn)壓源延時(shí)電路整流濾波報(bào)警設(shè)定電路預(yù)報(bào)警電路報(bào)警電路故障報(bào)警電路繼電器繼電器繼電器聲報(bào)警電路量程細(xì)調(diào)調(diào)整氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第47頁(yè)2、MSA－580系列硫化氫檢測(cè)報(bào)警器MSA－580系列硫化氫氣體連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)可連續(xù)檢測(cè)工作場(chǎng)所空氣中硫化氫氣體在0～150mg/m3范圍內(nèi)濃度，并將信號(hào)遠(yuǎn)傳輸?shù)娇刂剖一蛑蛋嗍?。?dāng)空氣中硫化氫濃度到達(dá)15mg/m3時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警，到達(dá)20mg/m3時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)（設(shè)定點(diǎn)用戶可自行調(diào)整）。信號(hào)傳輸距離可達(dá)1.5km。每臺(tái)儀表可容納1～5個(gè)單元，可同時(shí)監(jiān)測(cè)5個(gè)點(diǎn)空氣中硫化氫氣體濃度，其精度為±5％FS，響應(yīng)時(shí)間小于60S，傳感壽命12個(gè)月。580系列硫化氫氣體檢測(cè)系統(tǒng)工作原理與570系列一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)相同，只是傳感器有區(qū)分，580系列傳感器是由電化學(xué)極普電池及相關(guān)電路組成，被測(cè)氣體經(jīng)過隔爆片以及探頭表面塑料薄膜以擴(kuò)散方式進(jìn)入極普電池采樣區(qū)，極普電池使硫化氫氧化為硫酸，這種氧化過程與采樣區(qū)內(nèi)硫化氫分壓成正比，經(jīng)過采樣電路、放大電路及接口電路輸出與環(huán)境氣體中硫化氫濃度成百分比電信號(hào)。傳感器為隔爆結(jié)構(gòu)，防爆標(biāo)志為dⅡCT6。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第48頁(yè)四、紅外線氣體分析1、紅外線吸收法測(cè)試原理除惰性氣體及O2、N2、H2雙原子氣體外，大多數(shù)氣體和蒸氣都含有吸收一定波長(zhǎng)范圍紅外光性質(zhì)。當(dāng)紅外光透過氣體試樣時(shí)，某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)光強(qiáng)度因氣體吸收而降低，光強(qiáng)度降低許與氣體濃度成正比，濃度大，光強(qiáng)度降低許大，測(cè)經(jīng)過氣體光強(qiáng)度改變即可取得氣體濃度。依據(jù)朗伯――比爾幅射衰減定律，各種氣體吸收強(qiáng)度與氣體濃度關(guān)系：

I0、I――被氣體吸收前后光強(qiáng)度；C――介質(zhì)濃度；L――幅射穿透氣體厚度（氣室長(zhǎng)度）K――氣體介質(zhì)對(duì)入射光吸收系數(shù)。

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第49頁(yè)吸收波長(zhǎng)μmCH4

COCO2

NO2H2SH2O次波長(zhǎng)2.32.322.696.27.42.66主波長(zhǎng)2.394.664.257.68.72.8表4-4-2各種氣體吸收紅外線波長(zhǎng)氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第50頁(yè)

2、結(jié)構(gòu)與原理

由兩組相同光學(xué)系統(tǒng)組成，一組為比較部分（也稱基準(zhǔn)部分）另一組測(cè)定部分。紅外光同時(shí)經(jīng)過兩室，檢測(cè)室不含有待測(cè)氣體，光強(qiáng)度相同；假如檢測(cè)室含有待測(cè)氣體，因氣體吸收，光強(qiáng)度降低，最終抵達(dá)檢測(cè)器紅外光強(qiáng)度減小，兩束光出現(xiàn)強(qiáng)度差，強(qiáng)度差大小由檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。檢測(cè)器內(nèi)封裝高濃度待測(cè)氣體，中間安裝一可動(dòng)金屬薄膜將檢測(cè)器分隔成兩個(gè)小氣室，當(dāng)兩束不一樣光強(qiáng)度進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，小氣室氣體吸收紅外光發(fā)生熱體積膨脹，一側(cè)進(jìn)入光強(qiáng)度大，體積膨脹大，另一側(cè)小，體積膨脹小，存在壓力差，薄膜產(chǎn)生位移，測(cè)量位移量大小，即可測(cè)量膨脹壓力差。利用電容量改變就可測(cè)量待測(cè)氣體濃度。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第51頁(yè)光源―鎳鉻絲，經(jīng)過電流1A，加熱800度，發(fā)紅外光，兩個(gè)特征相同熱絲串聯(lián)；干擾氣室―吸收掉對(duì)檢測(cè)有影響干擾氣體（如H2S）吸收段幅射能；切光片――把紅外光源變成斷續(xù)脈沖光，使光源按一定頻率射入檢測(cè)器，檢測(cè)器電容也按此頻率改變，在電容上進(jìn)行重復(fù)充電和放電，充電和放電電流大小取決于電容量改變幅度。

3、特點(diǎn)與型號(hào)特點(diǎn)：含有選擇性強(qiáng)，靈敏度高，不受背景氣體影響，穩(wěn)定性好，但體積大，成本高，適合用于試驗(yàn)室。這類氣體檢測(cè)有CO、CH4、CO2等，精度最高儀器之一

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第52頁(yè)第五節(jié)氧氣（O2）檢測(cè)

一、伽伐尼電化學(xué)法1、原理及傳感器結(jié)構(gòu)電化學(xué)燃料電池也稱伽伐尼電池，電池內(nèi)有兩個(gè)電極和電解液，陰極為鉑或金，陽(yáng)極用鉛或鋅作成，電解液為KOH，被測(cè)O2透過聚乙烯薄膜滲透陰極與薄膜層時(shí)，在陰極上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：電解液中OH-在陽(yáng)極上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：總反應(yīng)式：假如在兩極間加上負(fù)載就會(huì)有電流輸出，電流大小取決于透過薄膜氧氣量多少，從而到達(dá)測(cè)O2目標(biāo)。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第53頁(yè)2、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確、快速，在一定范圍內(nèi)線性好，對(duì)除腐蝕性以外氣體干擾小，缺點(diǎn)：受氧氣分壓影響較大，高山和井下測(cè)量應(yīng)注意。溫度改變影響；以消耗陽(yáng)極為代價(jià)。壽命短。陽(yáng)極：Pb,Zn陰極：Rt,AuKOH聚乙烯薄膜氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第54頁(yè)二、電磁法測(cè)O21、磁風(fēng)原理――氧氣與其它氣體不一樣物理特征，氧氣含有順磁性，指氣體能被磁場(chǎng)吸引或排斥性質(zhì)。當(dāng)待氣體進(jìn)入含有磁場(chǎng)和加熱線圈氣室時(shí)，因?yàn)榇艌?chǎng)和加熱線圈作用，使氣流不停地流動(dòng)形成所謂磁風(fēng)，使氣室中熱敏元件阻值發(fā)生改變破壞電橋平衡，不平衡電流大小與氣樣中氧氣量相關(guān)。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第55頁(yè)

當(dāng)混合氣體中不含氧氣時(shí)，連通管兩端壓力相同，氣流不流經(jīng)橫向測(cè)量管，R1=R2，電橋平衡。當(dāng)待測(cè)氣體中含有氧氣時(shí)，因?yàn)檠蹴槾判?，氣體在磁場(chǎng)作用下吸入連通管，并被加熱。因?yàn)闊岽判?yīng)，氧受熱后順磁性減弱，被加熱氣體受到推斥，在連通管內(nèi)形成被稱為“磁風(fēng)”連續(xù)氣流，氣流速度取決于氧濃度。受氣流影響，電阻絲溫度發(fā)生改變，造成電橋失去平衡，用輸出電壓信號(hào)可度量氧氣濃度。

上圖為熱磁效應(yīng)氧氣傳感器工作原理圖。傳感器制成環(huán)型室，環(huán)型室中有玻璃制成連通管。在連通管上繞有兩組加熱電阻絲R1和R2，接于直流電橋中，其中一個(gè)R1接在永久磁鐵兩極之間。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第56頁(yè)二、電磁法測(cè)O21、磁風(fēng)原理

氧氣與其它氣體不一樣物理特征，氧氣含有順磁性，指氣體能被磁場(chǎng)吸引或排斥性質(zhì)。當(dāng)待氣體進(jìn)入含有磁場(chǎng)和加熱線圈氣室時(shí)，因?yàn)榇艌?chǎng)和加熱線圈作用，使氣流不停地流動(dòng)形成所謂磁風(fēng)，使氣室中熱敏元件阻值發(fā)生改變破壞電橋平衡，不平衡電流大小與氣樣中氧氣量相關(guān)。因?yàn)檠醮判宰顝?qiáng)，所以含氧混合氣磁化率主要由氧濃度決定。順磁性氣體能被磁場(chǎng)吸引，氧氣是含有順磁性氣體。伴隨溫度升高，氧磁性減弱，含有熱磁效應(yīng)?；谶@一物理現(xiàn)象，能夠測(cè)定氧氣濃度。圖4-5-3為熱磁效應(yīng)氧氣傳感器工作原理圖。傳感器制成環(huán)型室，環(huán)型室中有玻璃制成連通管。在連通管上繞有兩組加熱電阻絲R1和R2，接于直流電橋中，其中一個(gè)R1接在永久磁鐵兩極之間。

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第57頁(yè)

圖4-5-3熱磁效應(yīng)氧氣傳感器工作原理圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第58頁(yè)當(dāng)混合氣體中不含氧氣時(shí)，連通管兩端壓力相同，氣流不流經(jīng)橫向測(cè)量管，R1=R2，電橋平衡。當(dāng)待測(cè)氣體中含有氧氣時(shí)，因?yàn)檠蹴槾判?，氣體在磁場(chǎng)作用下吸入連通管，并被加熱。因?yàn)闊岽判?yīng)，氧受熱后順磁性減弱，被加熱氣體受到推斥，在連通管內(nèi)形成被稱為“磁風(fēng)”連續(xù)氣流，氣流速度取決于氧濃度。受氣流影響，電阻絲溫度發(fā)生改變，造成電橋失去平衡，用輸出電壓信號(hào)可度量氧氣濃度。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第59頁(yè)

2、順磁測(cè)O2兩楔形永久磁鐵組成不均勻磁場(chǎng)，在不均勻磁場(chǎng)中懸吊一個(gè)水平桿，水平桿兩端各有一個(gè)石英小球，球內(nèi)充有氮?dú)?，呈“啞鈴狀”。?dāng)氧等順磁性氣體經(jīng)過時(shí)，因?yàn)樵诓痪鶆虼艌?chǎng)中，氣體被吸引，磁力線密集地方氣體密度大，磁力線較疏地方氣體密度小，出現(xiàn)密度差，光源發(fā)出光照射到硅光電池上。

圖4-5-4順磁測(cè)氧原理圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第60頁(yè)這類儀器都有穩(wěn)流、穩(wěn)壓裝置吸氣泵。美國(guó)生產(chǎn)632－Ⅱ型，英國(guó)生產(chǎn)570A和580A型。3、特點(diǎn)含有性能穩(wěn)定，可連續(xù)測(cè)定，但體積大，重量重。適應(yīng)于固定場(chǎng)所。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第61頁(yè)一．光干涉式甲烷檢定器原理與結(jié)構(gòu)

兩束光滿足振動(dòng)方向相同、頻率相同和相位差一定三個(gè)條件而產(chǎn)生光干涉。光程是指已折算到真空中旅程，Xn。假如以氣室5各小室均充入一樣新鮮空氣時(shí)干涉條紋為基準(zhǔn)，當(dāng)在一支氣路中改變氣體成份、溫度或壓力等，那么因?yàn)檎凵渎矢淖?，光程和光程差也就?huì)伴隨改變，這時(shí)干涉條紋位置也會(huì)移動(dòng)一個(gè)距離。依據(jù)條紋移動(dòng)距離可測(cè)算出折射率改變程度。假如使兩束光通路溫度、壓力相同，而被測(cè)氣體化學(xué)成份為已知，則可作為定量分析。這就是光干涉瓦斯檢定器原理。第六節(jié)光干涉法瓦斯檢測(cè)器光程差=Kλ光程差=(K+1/2)λ氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第62頁(yè)二．光學(xué)甲烷機(jī)檢定器使用光學(xué)甲烷機(jī)檢定器使用步驟以下：1）對(duì)吸收管內(nèi)干燥劑等藥品進(jìn)行檢驗(yàn)。水—變色硅膠，蘭-粉紅；CO2，粉紅-淡黃2）對(duì)儀器進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，吸氣球和儀器3）檢驗(yàn)干涉條紋是否清楚4）調(diào)零5）測(cè)定

氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第63頁(yè)第七節(jié)氣相色譜儀

一、特點(diǎn)高效能——一次全分析測(cè)量；高選擇——一個(gè)氣體在一定條件下對(duì)應(yīng)于一個(gè)儀器；高靈敏度——CO在1ppm以下，CH4在10-7，O2達(dá)10-10；分析速度快——一個(gè)樣，各種氣體在幾分鐘內(nèi)全部完成；樣品數(shù)量少——0.5ml,1ml；應(yīng)用范圍廣——煤炭、石油、化工、農(nóng)業(yè)等。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第64頁(yè)二、組成及原理

1、組成

即使色譜儀型號(hào)繁多，功效技術(shù)指標(biāo)相差很大，但組成儀器基本部分是相同，如圖4-6-1氣相色譜儀基本流程示意圖。主要由主機(jī)、電器部分和數(shù)據(jù)處理三大部分組成，如儲(chǔ)氣瓶、壓力指示和流量控制、色譜柱、檢測(cè)器、電器設(shè)備(電信號(hào)放大器、恒溫控制器)、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)等組成。穩(wěn)壓穩(wěn)流色譜柱檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理載氣氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第65頁(yè)1）儲(chǔ)氣瓶――儲(chǔ)存載氣，對(duì)載氣要求：惰性，無(wú)腐蝕性，在200～400℃內(nèi)不分解，氣體擴(kuò)散性小，易得到并易純化，純度99.999%，價(jià)格廉價(jià)，能滿足檢測(cè)器要求。慣用載氣：N2、H2、He、Ar，慣用輔助氣體：空氣和氧氣；選擇載氣標(biāo)準(zhǔn)：首先滿足分析對(duì)柱效率和分析周期要求，從柱效率，擴(kuò)散系數(shù)小，為得到好峰，用氮?dú)庾鬏d氣；要減小分析周期，用氦氣作載氣好；其次，依據(jù)樣品性質(zhì)，分析氫同位素不能用氫作載氣；再次，依據(jù)檢測(cè)器要求，熱導(dǎo)型檢測(cè)器，為了提升分析靈敏度，用熱導(dǎo)系數(shù)大氦氣和氫氣好；電子捕捉檢測(cè)器用氮?dú)夂芎谩］d氣作用：推進(jìn)試樣在色譜柱中運(yùn)動(dòng)；為試樣在色譜柱提供分配相；

氣路系統(tǒng)要保持氣密性，載氣流速壓力穩(wěn)定，用穩(wěn)壓閥和穩(wěn)流閥控制壓力和流量穩(wěn)定。氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第66頁(yè)2）色譜柱(1)作用――完成試樣分離，依據(jù)不一樣物質(zhì)在由兩相――固定相和流動(dòng)相組成體系中，含有不一樣分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在兩相之間進(jìn)行重復(fù)屢次分配（吸附－脫吸，溶解－解溶），這么就使那些分配系數(shù)含有微小差異性質(zhì)，在移動(dòng)速度上產(chǎn)生很大差異，從而使組分到達(dá)完全分離。(2)分類――填充柱和毛細(xì)管柱，材質(zhì)有不銹鋼、玻璃、銅、鋁、聚四氟乙烯圖5-7-2色譜柱分離示意圖氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第67頁(yè)(3)柱形狀與尺寸――U、螺旋形、柱長(zhǎng)取決于柱箱和樣品分離，(4)老化――注意老化條件(5)選取――色譜柱和檢測(cè)器是色譜儀關(guān)鍵部件。依據(jù)分析不一樣混合氣體，選取不一樣色譜柱。分析CO、CO2、CH4--Φ=3～5mm,L=0.5～0.7m螺旋不銹鋼管柱，柱內(nèi)裝TDX-01或TDX-02（60～80目）吸附劑。轉(zhuǎn)化爐360～380℃，氫火焰檢測(cè)器，CO+3H2→CH4+H2O分析O2、N2、CH4—5A分子篩（60～80目）,5m，Φ=3～5mm；熱導(dǎo)分析CxHy(C1～C3)—GDX試劑（60～80目）,5m，Φ=3～5mm；氫焰分析CxHy(C1～C4)—毛細(xì)管,20m；氫火焰檢測(cè)器分析SF6、CF2ClBr(1211)、氟里昂—5A分子篩（60～80目）,5m，Φ=3～5mm，電子捕捉檢測(cè)器氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第68頁(yè)3)檢測(cè)器(1)作用：完成物理量轉(zhuǎn)變電量裝置(2)種類：當(dāng)前應(yīng)用較多檢測(cè)器主要有：一是熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD，用于常量分析，如分析大氣中O2和N2等；二是氫火焰檢測(cè)器FID，主要用于對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行微量分析，如分析井下CO氣體、CxHy氣體等等。而CO和CO2氣體必須經(jīng)過鎳觸媒作催化劑，在350～380℃溫度條件下轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，才能用氫火焰檢測(cè)器檢測(cè)；三是電子捕捉檢測(cè)器ECD，它主要是用于分析電負(fù)性物質(zhì)，如氧氣和含鹵族元素化合物如SF6。四是火焰光度檢測(cè)器FPD，它主要是用于分析硫、磷等物質(zhì)，如H2S和P2O5化合物。五是氮磷檢測(cè)器NPD

，它主要是用于分析農(nóng)藥氮磷含量，(3)選?。阂罁?jù)檢測(cè)不一樣物質(zhì)和精度要求，選取不一樣檢測(cè)器氣體檢測(cè)專題知識(shí)專家講座第69頁(yè)熱導(dǎo)檢測(cè)器――當(dāng)有樣品進(jìn)入時(shí)，純載氣變成了混合氣體，其熱導(dǎo)系數(shù)發(fā)生了改變，經(jīng)過池室時(shí)，破壞了原有電橋平衡，使熱絲溫度發(fā)生改變，其