氣體傳感器的發展情況及其在氣體泄漏事故處置中的應用
2020-03-04
隨著石油化學工業的發展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應用范圍都得到了增加。這些氣體在生產、運輸、使用過程中一旦發生泄漏，將會引發中毒、火災甚至爆炸事故，嚴重危害人民的生命和財產安全。由于氣體本身存在的擴散性，發生泄漏之后，在外部風力和內部濃度梯度的作用下，氣體會沿地表面擴散，在事故現場形成燃燒爆炸或毒害危險區，擴大危害區域。例如，1995年7月，四川省成都市化工總廠液氯車間發生氯氣泄漏，當場造成3人死亡，6人受傷，僅約一小時左右，市區范圍數十平方公里范圍內都能聞到刺激性的氯氣味。因此，這類事故具有突發性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點。一旦發生氣體泄漏事故，必須盡快采取相應措施進行處置，才能將事故損失降低到低水平。及時可靠地探測空氣中某些氣體的含量，及時采取有效措施進行補救，采取正確的處置方法，減少泄漏引發的事故，是避免造成重大財產和人員傷亡的必要條件。這就對氣體的檢測和監測設備提出了較高的要求。作為一種重要的氣體探測器，氣體傳感器近年來得到了很大的發展。氣體傳感器的發展使得其應用越來越廣泛。本文介紹氣體傳感器的發展情況及其在氣體泄漏事故處置中的應用。 2. 氣體傳感器概述 國外從30年代開始研究開發氣體傳感器。過去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣及礦井中的瓦斯氣體的檢測與報警，目前需要檢測的氣體種類由原來的還原性(H2,C4H10,CH4)等擴展到毒性氣體(CO,NO2,H2S,NO,NH3,PH3)等。 氣體傳感器種類繁多。按所用氣敏材料及氣敏特性不同，可分為半導體式、固體電解質式、電化學式、接觸燃燒式、高分子式等。 2.1 半導體氣體傳感器 這種傳感器主要使用半導體氣敏材料。自從1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快等優點，得到了廣泛的應用，目前已成為世界上產量大、使用廣的傳感器之一。按照檢測氣敏特征量方式不同分為電阻式和非電阻式兩種。 電阻式半導體氣體傳感器是通過檢測氣敏元件隨氣體含量的變化情況而工作的。主要使用金屬氧化物陶瓷氣敏材料。隨著近年來復合金屬氧化物、混合金屬氧化物等新型材料的研究和開發，大大提高了這種氣體傳感器的特性和應用范圍。 非電阻式半導體氣體傳感器是利用氣敏元件的電流或電壓隨氣體含量而變化的原理工作的。主要有MOS二管式和結型二管式，以及場效應管式氣體傳感器。檢測氣體大多為氫氣、硅烷等可燃氣體。 2.2 固體電解質氣體傳感器 固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時產生離子，從而形成電動勢，測量電動勢從而測量氣體濃度。由于液位計、液位變送器、電容式液位計、電容式液位變送器、物位開關、料位計、物位計、雷達物位計)這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應用，幾乎打入了石化、環保、礦業等各個領域，僅次于金屬氧化物半導體氣體傳感器。如測量H2S的YST-Au-WO3、測量NH3的NH4+CaCO3等。 2.3 接觸燃燒式氣體傳感器 可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發生變化，測量電阻變化從而測量氣體濃度。這種傳感器只能測量可燃氣體，對不燃性氣體不敏感。例如，在Pt絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即可以檢測各種可燃氣體。接觸燃燒式氣體傳感器在環境溫度下非常穩定，并能對爆炸下限的絕大多數可燃性氣體進行檢測，普遍應用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監測和報警。
