气体、粉尘、噪声、振动及其检测以及火灾参数检测与自动报警课件.ppt

1、第5章环境与灾害参数检测 5.1 5.1 气体的检测气体的检测 5.2 5.2 粉尘检测粉尘检测 5.3 5.3 噪声及其检测噪声及其检测 5.4 5.4 振动及其检测振动及其检测5.5 5.5 泄漏检测泄漏检测 5.6 5.6 火灾参数检测与自动报警系统火灾参数检测与自动报警系统 5.1 5.1 气体的检测气体的检测 2009.11.21鹤岗矿难：瓦斯突出鹤岗矿难：瓦斯突出2010.10.16河南平禹煤电四矿：瓦斯突出河南平禹煤电四矿：瓦斯突出 一一.气体检测的内容气体检测的内容？1.1.挥发性有机化合物挥发性有机化合物Volatile Organic Compounds(VOCs)2 2易

2、燃易爆气体易燃易爆气体 3.3.有毒气体有毒气体 CO,HCO,H2 2S S等等等等 4.4.氧气浓度氧气浓度气体检测仪气体检测仪（核心部件为气敏传感器(气体传感器)）发挥着极其重要的作用。测气体的浓度和成份酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器5.1.1 概述二二.气体检测技术分类气体检测技术分类？气体种类多，性质不同，气电的传感器种类多 （1）按使用方法分类：l 便携式气体检测报警仪 仪器将传感器、测量电路、显示器、报警器、充电电池、抽气泵等组装在一个壳体内，成为一体式仪器，小巧轻便，便于携带，泵吸式采样无抽气泵扩散式采样 l固定式气体检测报警仪 这类仪器固定在现场，连续自动检

3、测相应气体（蒸气），气体超限自动报警，有的还可自动控制排风机等。固定式仪器分为一体式和分体式两种。一体式一体式固定气体检测报警仪：与便携式仪器一样，不同的是安装在现场，220V交流供电，连续自动检测报警，多为扩散式采样。分体式分体式固定气体检测报警仪：传感器和信号变送电路组装在一个防爆壳体内，俗称探头，安装在现场（危险场所）；第二部分包括数据处理、二次显示、报警控制和电源，组装成控制器，俗称二次仪表，安装在控制室（安全场所）。探头扩散式采样检测，二次仪表显示报警。（2）按检测原理分类A 利用物理化学性质物理化学性质的气体传感器:如半导体式(表面控制型、体积控制型)、催化燃烧式催化燃烧式、固体热

4、导式固体热导式等。B 利用物理性质物理性质的气体传感器:如光干涉式、红外吸收式、光离子化等。C 利用电化学性质电化学性质的气体传感器：如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等。氧气和毒气氧气和毒气电化学式（定电位电解式方法）电化学式（定电位电解式方法）可燃气可燃气催化燃烧式、红外吸收式催化燃烧式、红外吸收式VOC(VOC(有机蒸气）有机蒸气）PIDPID光离子化光离子化三三.可可燃性气体和有毒气体的性质燃性气体和有毒气体的性质1.1.可燃性气体可燃性气体凡在空气中可以燃烧的气体都属于可燃性气体，如日常生活中的城市煤气、液化石油气、工业原料气（乙烯、丙烷）、煤矿中的甲烷等。在

5、石油化工生产中,所列的32种可燃性气体均为最常见的可燃气体或可燃有毒气体，也是石化生产环境有可能存在的气体。常见的可燃性气体和有毒气体常见的可燃性气体和有毒气体 归属 爆炸极限/%允许浓度 序号 可燃 有害 物质名称 化学式 LEL UEL 10-6 mg/m3 1?乙炔 HC?CH.5 100 2?乙醛 CH3CHO 4.0 60 3?乙烷 C2H6 3.0 12.4 4?乙胺 C2H5NH2 3.5 13.95 5?乙苯 C6H5C2H5 1.0 6.7 6?乙烯 CH2CH2 2.7 36 7?氯乙烷 C2H5Cl 3.8 15.4 8?氯乙烯 CH2CHCl 3.6 33 9?环氧丙烷

6、 CH2CHCH2O 2.1 21.5 10?环丙烷 2.4 10.4 11?二甲胺（CH3）2NH 2.8 14.4 12?氢 H2 4.0 75 13?丁二烯 CH2CHCHCH2 2.0 12 14?丁烷 CH3（CH2）2CH3 1.8 8.4 常见的可燃性气体和有毒气体常见的可燃性气体和有毒气体 15?丁烯 C4H8 9.7 16?丙烷 CH3CH2CH3 2.1 9.5 17?丙烯 CH3CHCH2 2.4 11 18?甲烷 CH4 5.0 15.0 19?二甲醚 CH3OCH3 3.4 27 20?丙烯腈 CH2CHCN 3.0 17.0 20 2 21?一氧化碳 CO 12.5

7、 74 50 30 22?丙烯醛 CH2CHCHO 2.8 31 0.1 0.3 23?氨 NH3 15 28 25 30 24?一氯甲烷 CH3Cl 7 17.4 100 25?氧乙烯（CH2）2O 3 100 50 26?氰化氢 HCN 6 41 10 0.3 常见的可燃性气体和有毒气体常见的可燃性气体和有毒气体 27?三甲基胺（CH3）3N 2.0 12 10 28?二硫化碳 CS2 1.3 50 10 10 29?溴甲烷 CH3r 10 15 15 1 30?苯 C6H6 1.3 7.9 10 40 31?甲胺 CH3NH2 4.9 20.7 10 5 32?硫化氢 H2S 4 4.4

8、 10 10 33?二氧化硫 SO2 5 15 34?氯 Cl2 1 1 35?二乙胺（C2H5）2NH 1.8 10 25 36?氟 2 1 1 37?光气 COCl2 0.1 0.5 38?氯丁二烯 C4H5Cl 4.0 20 25 2 检测对象：气体浓度报警指标：爆炸极限爆炸下限：可燃性气体或蒸汽与空气的混合物能使火焰蔓延或爆炸的可燃性气体或蒸汽的最低浓度(通常用可燃性气体的体积分数表示)；LEL(Lower Explosive Limit)爆炸上限：能使火焰蔓延的最高浓度;UEL(Upper Explosive Limit)一般取爆炸下限的10左右作为报警阈值，当可燃性气体的浓度继续上

9、升，一般达到其爆炸下限的2025时，监控功能中的联动控制装置将产生动作，以免形成火灾及爆炸事故。有些可燃性气体测量报警仪表以LEL（%）作测量单位即：以某种可燃性气体的爆炸下限为满刻度（100%），例：丁烷的LEL1.8%，若以1.8%作为100%，则有1LEL%相当于0.018%丁烷。2.2.有毒气体有毒气体在工业生产过程中使用或产生的对人体有害，能引起慢性或急性中毒的气体或蒸汽称为有毒气体。我国工业企业设计卫生标准中列有有毒物质共计111种，其中绝大部分为气体或蒸汽。检测对象：气体浓度报警指标：有毒气体允许浓度(见自学一)有毒气体的浓度常用单位：1.ppm值(指一百万份气体总体积中，该气体

10、所占的体积分数)或mgm3来表示。2.mgm3指1立方米气体（空气）中含该种气体的毫克数。3.我国卫生标准中的最高允许浓度是以mgm3为单位，两种单位的换算关系为 5.1.2 各类气体测量仪表的工作原理各类气体测量仪表的工作原理一.接触（催化）燃烧式气体传感器原理：可燃性气体（H2、CO和CH4等）与空气中的氧接触，发生氧化反应温度条件下，产生反应热（无焰接触燃烧热），作为敏感材料的铂丝温度升高具有正的温度系数的金属铂的电阻值相应增加温度不太高时，电阻率与温度具有良好的线性关系一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高（低于10），可以完全燃烧，其发热量与可燃气体浓度成正比。这样，铂电阻值增大

11、量阻值增大量就与可燃气体浓度成正比。测定铂丝电阻变化值（R）检测可燃气体的浓度使用单纯的铂丝线圈，其使用寿命较短。在铂丝线圈外面涂覆一层氧化物触媒，以延长其寿命，提高其响应特性。气体传感材料气体传感材料：Pt丝催化剂（Pd、Pt、Al2O3、CuO）具有体积小、质量轻的特点。催化燃烧式气体检测原理及其电路 1.缺点是寿命短,通常只有12 年,而且元件表面的催化剂接触到一些非可燃性气体时会产生反应从而容易发生催化剂中毒。2.选择性：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。在可燃性气体范围内，无选择性。3.暗火工作，有引燃爆炸的危险。特点：4.优点：计量准确，响应快速。在

12、安全检测领域是一类主导地位的传感器。目前这种传感器的主要供应商在中国、日本、英国（发明国）目前中国是这种传感器的最大用户（煤矿），也拥有最佳的传感器生产技术二.热导式气体传感器根据不同气体具有不同热传导能力的原理，通过测定气体导热系数来推算含量。快捷方式 到 IEXPLORE.EXE.lnk在热导式气体检测仪气体检测仪的检测器内部有一个参比室和一个测量室，内部分别张紧着细铂丝，在参比室内密封着参比(基准)气体测量室可以进入待测的可燃性气体两个铂丝与外部定值电阻组合，形成电桥回路分别流过各铂丝恒定电流，使之发热，同催化燃烧式传感器一样，在不存在可燃气体的时候，这个回路是平衡的，因此产生“零”数值

13、，一旦测量室中的待测组分中发生浓度变化，则测量室中的热导率会随之变动，从而使测量室铂丝的温度发生变化。将这种温度变化以电阻值变化的形式提取出来，就可计算出被测气体的浓度在工业生产中多应用气体、氨气、二氧化碳和二氧化硫等气体的测定 CO2三.半导体式气敏传感器 半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需要 酒精传感器酒精传感器半导体式气敏传感器 电阻型 烧结型 薄膜型 厚膜型 二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器 PdMOSFET气敏传感器 非电阻型 利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温

14、度下，电导电导率率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。例：酒精传感器，利用氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。注：不同工作温度，对不同的气体敏感程度不同半导体型呼气酒精测试仪：采用加热元件把传感器加热到一定的温度(最高的敏感度)电阻型气敏传感器：气敏元件，加热器，气敏传感器：气敏元件，加热器，外壳外壳气敏元件：气敏元件：烧结型、薄膜型、厚膜型烧结型、薄膜型、厚膜型甲烷甲烷COCO酒精等酒精等烧结型烧结型电极5，6（工作电极：铂丝）和加热器5（铂丝）埋入金属氧化物3(多为氧化锌和氧化锡)中，添加催化剂和粘合剂通电加热或加压后低温烧结而成加热器的作用：a.烧去附在元件表

15、面的油雾和尘埃b.加速气体的吸附，提高K和响应速度c.对不同被测气体的选择性与被测气体的种类有关，一般200600oC特点：制作简单，寿命长；机械强度不高，电极较贵重，一致性较差选择性：催化剂的成分、含量；元件的烧结温度；工作温度薄膜型薄膜型气敏元件：在石英基片上蒸发或溅射形成氧气敏元件：在石英基片上蒸发或溅射形成氧化物半导体薄膜（数微米）化物半导体薄膜（数微米）制作简单，气敏性好，一致性差制作简单，气敏性好，一致性差厚膜型厚膜型:半导体氧化物粉末、添加剂、粘合剂和载体半导体氧化物粉末、添加剂、粘合剂和载体混合成浆料，印刷到基片上（数微米混合成浆料，印刷到基片上（数微米 几十微米的厚膜）几十微

16、米的厚膜）机械强度高，性能的一致性好机械强度高，性能的一致性好，适合，适合大批量生产大批量生产特点自从1962年问世以来，半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处：l高温下工作、对气体选择性差、稳定性不理想方面l如果长时间没有遇到探测气体如果长时间没有遇到探测气体,将会因氧化而进入休眠状态将会因氧化而进入休眠状态从而对气体泄漏不再作出反应从而对气体泄漏不再作出反应l非线性的非线性的,这使得定标有一定困难这使得定标有一定困难目前还多是在民用级别使用目前这种传感器的主要供应商在日本（发明

17、者），其次是中国 四四.电化学气体传感器电化学传感器是最广泛应用的有毒气体有毒气体探测技术。虽然在其些特定的应用场合，也有其它的效果好的传感器，但电解质传感器一直都是公认的检测多种有毒气体的理想产品 因其良好的选择性良好的选择性和高灵敏度高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。不足之处是有寿命的限制一般为两年。常用的有恒电位电解式恒电位电解式和伽伐尼电池式伽伐尼电池式两种。原理原理1.1.恒电位电解式恒电位电解式在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与电解质内的

18、工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，产生电解电流，电流值与气体浓度成正比。例：CO检测透过隔膜（多孔聚四氟乙烯膜）的CO气体，在工作电极上被氧化，而在对比电极上O2被还原，于是CO被氧化而形成CO2。工作电极和对电极之间的电流与CO的浓度成比例通过改变电势，电极材料和电解质溶液增强选择性 传感器的快速反应使它能够对周围空气进行实时、连续的检测。一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨气、氯气、氰氢酸、环氧乙烷、氯化氢等等。另外，氧气检测仪也是电化学传感器的一种。气体传感器灵敏度:H2SNONO2SO2CO，响应时间一般为几秒至几十秒，大多数小于min；它们的寿命相

19、差很大，短的只有半年，而美国General Electric 公司生产的CO监测仪实际寿命已近10年。恒电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的技术，在此方面国外技术领先，因此此类传感器大都依赖进口。2.伽伐尼电池式伽伐尼电池式气体传感器与上述恒电位电解式一样，通过测量电解电流来检测气体浓度。但由于传感器本身就是电池，所以不需要由外界施加电压。这种传感器主要是用于O2的检测，检测缺氧检测缺氧的仪器几乎都使用这种传感器。的仪器几乎都使用这种传感器。电解电流与气体浓度也成正比氧气也是在工业环境中，尤其是密闭环境中需要十分注意因素。一般我们将氧气含量超过23.5%称为氧气过量(富氧)，此时很容易

20、发生爆炸的危险；而氧气含量低于19.5%为氧气不足（缺氧），此时很容易发生工人窒息、昏迷以至死亡的危险。正常的氧气含量应当在20.9%左右。例例:O:O2 2检测检测 通过隔膜的O2，溶解于隔膜与阴极之间的电解质溶液薄层中在阴极上发生氧气的还原反应，在阴极上发生氧气的还原反应，在阳极进行氧化反应，从而在两极间形成电位差，产生与被测气体浓度成正比的电流。此电流在负载电路的两端产生电压变化，将此电压变化放大则可表示浓度。在塑料容器内的一侧安置厚10m30m的透氧性好的PTFE（聚四氟乙烯）膜，靠近该膜的内面设置阴极(对比电极：铂或银等贵金属)在容器中其它内壁或容器内空间设置阳极(工作电极:铅)电解池中充满电解质溶液（氢氧化钾）氧浓度传感器外形氧浓度传感器外形 可用于汽车可用于汽车尾气测量尾气测量3.电化学传感器的使用电解质：水溶液，蒸发或污染空气中被测物质存在，有效成分消耗：启封=开始使用寿命期望值为2年长期处于新鲜的空气中可维护其正常使用寿命仪器开机时，一定要在清洁的空气中。测量完毕后，不要立即关机，仪器必须在清洁空气保持运行时间510min，保持仪器内部处于新鲜空气的环境，方可关机或停泵，否则，传感器容易“中毒”并加速传感器的损耗。