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(精)

电阻型
利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导 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)
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： 高温下工作、对气体选择性差、稳定性不理想方面 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 从而对气体泄漏不再作出反应 非线性的,这使得定标有一定困难 目前还多是在民用级别使用
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：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
特点：
1.缺点是寿命短,通常只有1～2 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。
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
二氧化碳传感器
二.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：
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
固定式气体检测报警仪 这类仪器固定在现场，连续自动检测相应气体（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。
分体式固定气体检测报警仪：
2.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，该气体所占的 体积分数)或mg／m3来表示。 2. mg／m3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mg／m3为单 位，两种单位的换算关系为
气敏传感器：气敏元件，加热器，外壳 气敏元件：烧结型、薄膜型、厚膜型 甲烷 CO 酒精等
<1>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200~600oC 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
第5
5.1 气体的检测 5.2 粉尘检测 5.3 噪声及其检测
5.4 振动及其检测
5.5 泄漏检测
5.6 火灾参数检测与自动报警系统
5.1
气体的检测
2009.11.21鹤岗矿难：瓦斯突出 2010.10.16河南平禹煤电四矿：瓦斯突出
5.1.1 概述 一.气体检测的内容？
1.挥发性有机化合物Volatile Organic Compounds (VOCs) 2易燃易爆气体 3.有毒气体 CO, H2S等等 4.氧气浓度
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 浓度继续上升，一般达到其爆炸下限的20％～25％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 LEL ＝ 1.8% ，若以 1.8% 作为 100% ，则有 1LEL% 相当于0.018%丁烷。
? ? ? ? ? ? ?
20 50 0.1 25 100 50 10
2 30 0.3 30 — — 0.3
常见的可燃性气体和有毒气体
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 三甲基胺 二硫化碳 溴甲烷 苯 甲胺 硫化氢 二氧化硫 氯 二乙胺 氟 光气 氯丁二烯 （CH3）3N CS2 CH3Ｂr C6H6 CH3NH2 H2S SO2 Cl2 （C2H5）2NH Ｆ2 COCl2 C4H5Cl 2.0 1.3 10 1.3 4.9 4 — — 1.8 — — 4.0 12 50 15 7.9 20.7 4.4 5 — 10 — — 20 10 10 15 10 10 10 15 1 25 1 0.1 25 — 10 1 40 5 10 1 — 1 0.5 2
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、固体热导式等。 B 利用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——电化学式（定电位电解式方法） 可燃气——催化燃烧式、红外吸收式 VOC(有机蒸气）——PID光离子化
三.可燃性气体和有毒气体的性质
1.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， 气体。
常见的可燃性气体和有毒气体
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 丁烯 丙烷 丙烯 甲烷 二甲醚 丙烯腈 一氧化碳 丙烯醛 氨 一氯甲烷 氧乙烯 氰化氢 C4H8 CH3CH2CH3 CH3CH＝CH2 CH4 CH3OCH3 CH2＝CHCN CO CH2＝CHCHO NH3 CH3Cl （CH2）2O HCN 9.7 2.1 2.4 5.0 3.4 3.0 12.5 2.8 15 7 3 6 9.5 11 15.0 27 17.0 74 31 28 17.4 100 41
选择性：催化剂的成分、含量；元件的烧结温度；工作温度
<2>薄膜型气敏元件：在石英基片上蒸发或溅射形成氧 化物半导体薄膜（数微米） 制作简单，气敏性好，一致性差
<3>厚膜型: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~几十微米的厚膜） 机械强度高，性能的一致性好，适合大批量生产
在热导式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， 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
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。
5.1.2 各类气体测量仪表的工作原理
一.接触（催化） 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，铂电阻值增大量就与可燃气体浓度成正比。 测定铂丝电阻变化值（ΔR）检测可燃气体的浓度
4.优点：
计量准确，响应快速。在安全检测领中国、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。
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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