有毒有害氣體檢測設備傳感器技術
學術交流
作者：駱熙
【摘要】檢測有毒有害氣體已經成為各行各業保護工作人員生命和健康、保護國家和個人財產不受損害、保護生產和生活環境不受汙染的有力手段，並成為石油化工、煤礦生產、市政設施、環境保護等方麵的一項日常工作。對應各種有毒有害氣體主要的危害性質和特殊的物理、化學性質，我們針對性的選擇不同原理的傳感器技術已實現對它們檢測的同時，還需要兼顧到各種各樣的因素，如成本、精度要求等。目前在實際中廣泛用的現場氣體檢測技術大都使用催化燃燒式、電化學、半導體、光離子化等小巧實用的氣體傳感器。本文將對各種傳感器技術作出分析說明。
【關鍵詞】比色管;半導體傳感器;電化學傳感器;催化燃燒傳感器;離子化檢測器
1.比色管
比色管是以化學顯色反應為基礎的測量方式，其優點在於它對外界設備依賴少，且能實時實現單點測量的手段。它可以對寬範圍的的有毒物質進行初步確認，也可以針對特定的目標氣體進行測量。
比色管有一個充滿矽膠、活性鋁或其他介質的短玻璃管構成。其中的介質上塗敷有能與特定目標氣體反應變色的化學物質。使用時打碎玻璃管密封的兩端，將檢測管連接到一個手動泵或電動泵上，按照使用說明以一定的流量和時間完成一個檢測間隔。抽氣采樣時，進入采樣管的目標氣體會同管內介質反應產生一個由進氣口至抽氣端不斷延伸的色帶，此色帶在完成一個檢測間隔停止抽氣後不再延伸，顏色帶的長度同目標氣體濃度呈正比，通過比色管上的刻度值即可判斷目標氣體濃度。
舉例一氧化碳（CO）比色管。吸入的CO氣體將比色管內五氧化二碘中的碘還原為碘單質，產生褐色色帶。
CO+I2O5+H2S2O7→I2+CO2
比色管的最大優點在與它們可以對很多汙染物提供實時的檢測，隻需要通過更換比色管即可完成相對應的目標氣體的檢測。同時可以通過特定的順序並基於基本的化學反應原理對未知的化合物進行初步的判定。
比色管的缺點在於不同化合物的交叉幹擾，並且它也難以提供一個隨時間變化的連續測量結果，隻能用於“點測”。並且受製於現場環境（溫濕度）和操作水平的影響，比色管相對難以提供一個較為準確的檢測結果，由此差生的誤差在20%～50%之間。
2.半導體傳感器
半導體傳感器是由金屬半導體氧化物（MOS）製作而成的氣體傳感器，它利用與目標氣體互相作用時表麵產生的吸附或反應，引起以載流子運動為特征的電導率或伏安特性或表麵電位變化。它既可以用來檢測百分比濃度的可燃性氣體，也可以用來檢測ppm級別的有毒氣體。比如SnO2構成的半導體傳感器，在正常清潔空氣中的電導很低，一旦遇到還原性的氣體，如一氧化碳或可燃性氣體，其電導就會增加。通過控製傳感元件的溫度可實現一定程度上對目標氣體檢測的選擇。
半導體傳感器的原理決定了它是一種寬範圍的檢測技術，同種半導體傳感器對不同的氣體都會有良好的響應，也包括其他檢測技術很難檢測的鹵代烴。這種非選擇性的特性在一些環境中非常適用，它能夠對環境中是否存在非正常氣體成分做出明確的判斷，即“有”或者“沒有”。
半導體傳感器的主要缺點是難以解釋讀數，主要原因是半導體傳感器受濕度影響大。隨著濕度的增加，半導體傳感器的電導、輸出增加;而濕度降低時，半導體傳感器的電導、輸出降低，極端低濕度環境甚至會導致其對存在的目標氣體的零響應。另一個主要問題是，半導體傳感器對目標氣體的理想線性範圍較窄，在理性的目標氣體濃度範圍內檢測結果可以非常準確;而一旦超過這個線性範圍，其讀數無法反映實際目標氣體濃度，無法提供準確的測量。同時，如前麵提到的，可以通過溫度以實現對不同目標氣體的選擇，溫度也是影響到半導體傳感器準確性的重要因素。