一氧化碳气体检测器（共9篇）
一氧化碳气体检测器 篇1
随着城市燃气的迅速发展,在使用燃气的场所,由于燃气泄漏引起的爆炸等事故频频发生。国家有关部门高度重视,在《城镇燃气管理条例》、《火灾自动报警系统设计规范》和《城镇燃气设计规范》等专业规范中均提出了居民燃气用户安装使用燃气泄漏报警器和安全自动切断装置的相关要求。
近年来,建设部、北京市、上海市都对燃气事故进行了调查统计分析,发现燃气在燃烧器具不充分燃烧而产生的一氧化碳致人中毒死亡的人数比例已达到所有燃气事故死亡人数的50%。因此,以往只探测可燃气体泄漏的探测器已难以满足市场需要,而同时具有一氧化碳检测报警功能的复合型探测器则将成为该类产品的发展趋势。目前,国内家庭燃气探测器大都只能探测一种可燃气体,没有可探测两种气体的复合探测器,更没有集燃气泄漏、火灾等探测功能于一身的探测器,且其电子装置绝大多数不具备数据记录功能,或者不能用简单低成本方法记录探测器在正常监视状态下和报警状态下的实时运行数据,使得诸如传感器是否老化而必须更换、可燃气体探测器是否能有效报警等问题无从查起,对事故责任无法有效判别。
在此背景下,天津市消防总队与天津市浦海新技术有限公司在进行充分的市场调研和产品预研的基础上,应用相对时间概念原理设计出了JTF-PH07系列独立式家用复合探测报警器(以下简称“报警器”),编制并出版了《JTF-PH07系列独立式家用复合探测报警器》(Q/12N4865-2008)标准。该探测报警器集保障人身安全的燃气泄漏探测、一氧化碳探测和火灾温度探测于一体,具有数据记录功能,性价比高,被列入2007年公安部消防局科研计划项目,并于2009年通过公安部科研计划项目验收。
1 感温/可燃气体/一氧化碳三复合探测器设计
随着可燃气体的大量使用,在使用可燃气体的许多场所特别是居民厨房中,若要防止可燃气体泄漏引起的爆炸事故、燃烧器具燃烧不充分产生一氧化碳而造成人员中毒的事故以及各种原因造成的火灾事故的发生,就必须安装能够探测这三种灾害的探测报警装置。而在传统探测器中,火灾、可燃气体泄漏、一氧化碳中毒这三种灾害的探测报警功能分别由感温/感烟火灾探测器、可燃气体探测器、一氧化碳探测器分别完成。在许多场所特别是居民厨房,安装三种探测器即不美观,也不现实。因此,将三种探测报警功能集成在一个探测器内,实现探测功能的集成化、智能化,不仅能够解决应用场所的美观问题,而且能够大大提高事故探测的可靠性和有效降低误报率,从而有效减少火灾等事故的发生。
2 提高事故探测可靠性,有效提高抗气体干扰能力
2.1 可燃气体探测报警方面
该复合探测器适用于民用房屋或类似的住宅屋内等场所,尤其适合中国厨房的特点。由于中国烹调习惯为煎、炒、烹、炸,在烹调过程中会产生较高体积分数的乙醇、乙酸和油烟。而在中国南方等气候潮湿地区,各种杀虫剂的使用会产生一定体积分数的干扰气体。因此,要求气体传感器在具有能够为普通居民所接受的较低价格的同时,必须具有较高的抗气体干扰能力。实验证明,在中国厨房使用的气体传感器必须满足在“乙醇(8 000±200)×10-6工作3 min或乙酸(1 000±100)×10-6工作15 min或六甲基二甲硅醚/六甲基二硅氧烷(10±3)×10-6工作40 min”的条件下不会报警,且经过24 h的恢复时间后能够恢复正常工作的条件,由此才能有效提高气体探测报警的可靠性,并有效降低气体报警的误报率。
上述条件分别高于GB 15322.2-3003第5.1.19条和EN 50291-2001第5.3.13条的要求。试验条件对照表如表1所示。试验证明,该“报警器”完全满足上述要求。
2.1.1 甲烷报警设定值
该“报警器”选用了TGS2611半导体传感器检测甲烷气体,该传感器具有气体选择性好、抗气体干扰能力强、成本低、寿命长和使用简单电路即可对甲烷气体具有良好敏感性等特点。将报警设定值选择在TGS2611分辨率最佳点6% LEL(3 000×10-6)不仅能使报警器满足GB 15322.2-2003的要求,同时还能够达到检测燃气管路微量泄漏的目的。
2.1.2 一氧化碳报警设定值
2.1.2.1 一氧化碳中毒机理
一氧化碳使人体中毒的程度与一氧化碳的体积分数密切相关,同时也和人体与一氧化碳接触时间相关,见表2所示。人体对一氧化碳的中毒症状直接与碳氧血红蛋白(COHb)的数量有关,COHb主要由血液中的血红蛋白(Hb)与一氧化碳形成。正常人平均COHb为 1%,吸烟者为2%～10%。当血液内的碳氧血红蛋白达到10%以上时,机体将出现严重的中毒症状,如头痛、眩晕、恶心、胸闷、乏力、意识模糊等。碳氧血红蛋白数量与一氧化碳浓度和时间的关系(UL2034-2005)见图1所示。
2.1.2.2 一氧化碳报警设定值的选择
该“报警器”选用了TGS2442半导体传感器检测一氧化碳气体,该传感器具有气体选择性好、抗气体干扰能力强、成本低、寿命长和使用简单电路即可对一氧化碳气体具有良好敏感性等特点。依据一氧化碳中毒机理并参考相关标准中对报警检测点的要求,将报警设定值选择在TGS2442分辨率最佳点150×10-6,能够更为理想地满足表3的要求。
2.2 火灾探测报警方面
考虑到中国厨房的特殊情况,采用温度探测报警方式完成火灾探测报警功能更能满足实际需求。该“报警器”选用了对温度响应速度快的负温度系数热敏电阻PM3-342-F2作为温度传感器,其电阻值随温度的升高而降低,通过配比电路参数、软件滤波并采用超前控制数学算法,将温度报警点设置在61 ℃,此时热敏电阻的精度较高并使报警器具有良好的一致性,满足了GB 4716-2005 的要求,探测器类型为A2类,温度报警范围为54～70 ℃。
3 应用相对时间概念原理完善“报警器”的功能
应用相对时间概念可在高性价比的前提下使该“报警器”具有“黑匣子”数据记录功能,为具体事故分析和事故责任判别提供有利的原始实时运行数据。
目前,国内外市场上销售的家用可燃气体探测报警器均不具备记录传感器在正常监视状态下和报警状态下的实时运行数据和相对数据时间的功能,使得诸如传感器是否老化而必须更换、传感器质量低劣、可燃气体报警系统是否误报警或误报故障等许多实际使用中存在的工程问题无从查起,在气体泄漏事故发生后,无法进行事故分析和责任判别。而具有此功能的探测报警器均为价格昂贵的工业仪器仪表,所使用的技术大多为使用计时时钟芯片和内部蓄电池,以保持产品断电时时钟芯片能够连续工作,成本较高,无法满足家用可燃气体探测报警器低价格的市场需求。
该“报警器”采用了一种引入相对时间概念,取消
计时时钟芯片和内部蓄电池构造,依然可以基本准确地给出数据记录时间的技术,此技术能够以低廉的成本使报警器具有基本准确确定记录数据时间的“黑匣子”数据记录功能,即使监测环境的房屋损坏,检测装置里的记录数据仍能完好保存,从而解决了目前燃气检测装置在失火或爆炸的状况出现后不能将事故前的相关参数记录保存下来的缺陷,满足了工程问题分析、事故分析和责任判别对传感器各项实时运行数据的需求,同时也使得具有能够记录数据相对时间的数据记录功能能够在价格低廉的家用可燃气体报警装置中得到广泛应用。
如果数据存储空间为2 K,设定的时间间隔为4 min,存储器中共能存储400组数据,通过查询地址指针即可得知报警器断电前最后一组数据的位置,依据探测器断电时刻的具体时间值倒推时间即可得到某一组数据或报警时刻基本准确的具体时间值,其时间误差最大值为时间间隔(即4 min)。由于存储器中共存储了400组数据,因此报警器能够存储断电时刻之前24 h之内的气体体积分数变化和环境温度变化的数据,这对于描述事故发生前后过程已基本够用。当需要进行数据分析时,只要读出存储器中记录的数据,即可了解到有限时间段内气体体积分数和环境温度的变化情况,通过对所有数据组进行综合分析即可得出事故分析和责任判别的结果。
需要进行数据读取时,通过使用专用的计算机软件界面进行操作,即可读出存储器中的数据,并在计算机界面中形成对应的可燃气体和温度、一氧化碳和温度4条运行数据曲线,依据报警器断电时刻的具体时间和数据曲线进行综合分析,可非常容易地判别出诸如事故现场是否发生过气体泄漏、在何时发生过何种报警、事故是由于用户忘记关火造成燃气泄漏或一氧化碳中毒还是由于管道微量漏气所造成等等。因此,在工程实际应用中可为气体泄漏检测判别、事故的发生时间判断、报警器是否曾经报警判断、探测器本身是否正常及能否继续使用等相关事故分析、责任分析等工程问题判别,以及确定伤员救护方案等提供可靠有效的原始实时运行数据依据。
4 应用实例
山东省日照市某用户在家中安装了一台具有上述“黑匣子”功能的报警器(产品编号07121723),报警器安装在用户厨房燃气表附近,靠近抽油烟机,厨房是在阳台上,厨房内侧是餐厅,餐厅内侧是客厅,用户夜间习惯关闭餐厅与客厅之间的门。报警器运行7天左右时发生了报警,现场服务人员第一时间赶到现场,得到数据曲线如图2所示。
由图2(a)可知,在14:30左右传感器输出突然变大,由32变为100,此时报警门限为124。在20:40信号输出为116(该数值为报警器内部的AD值,不代表具体意义,以下相同)。
由图2(b)、图2(c)可知,此后传感器输出一直接近于报警点,在03:50左右第一次出现了报警。一直到05:50用户将产品断电,随后又马上通电(用户口述)。
另由图2(b)、图2(c)可知,用户在断电时打开了餐厅与客厅的门,气体被稀释,传感器输出变为42。产品一直运行到08:43服务人员到现场并将报警器断电。服务人员又安装了另外一台同型号报警器(编号为07100253),编号07100253报警器的断电时间为1月29日17时0分,见图3所示。
由图3(a)可知,28日16:00至28日17:52传感器输出为42,比在洁净空气中的输出值高。在现场用JF-2215甲烷气体检测设备测试,大约有400×10-6体积分数的甲烷气体。18:32至18:48用户做饭,传感器输出信号增大,做饭结束后信号变小,直至19:04。19:04关闭厨房与餐厅门并在餐厅就餐。由于空间相对变小,传感器输出由44变为62。21:16打开厨房门,整理厨房。由于空间变大气体稀释,传感器输出变小,在21:24变为48。用户整理完厨房后,厨房与餐厅的门打开,关闭餐厅与客厅的门。
由图3(b)和图3(c)可知,由于空间变小且不完全密闭,传感器输出从21:24至次日06:48达到最大值70,接近稳定平衡。在06:48用户打开餐厅与客厅的门,空间变大,使得气体被稀释,传感器输出信号07:00变小为48。07:00至07:12做饭时传感器输出又变大,由48变为56。之后厨房与餐厅的门和餐厅与客厅的门一直开放,传感器输出为46。由图3(c)可知,16:30厂家到现场开始对报警器进行测试。17:00用JF-2215监测进行加气测试,报警器的报警值为3 400×10-6(标定值为3 000×10-6)。
依据以上得到的历史数据曲线和分析结果,现场服务人员与用户进行各个时间段的沟通验证,其数据分析结果与用户所述完全一致。后经燃气公司检测,用户所用燃气表内的电磁阀气密性较差,存在微量泄漏。
该案例是“黑匣子”数据记录功能能够对燃气微量泄漏在夜间积聚现象进行有效分析判别的有利证据。该案例证明,“黑匣子”功能确实能够为燃气系统的故障事故分析提供有效的分析依据。
5 结 论
笔者应用相对时间概念设计出了高性价比的具有“黑匣子”数据记录功能的三复合型探测报警器,此报警器集保障人身安全的燃气泄漏探测、一氧化碳探测和火灾温度探测于一体,为具体事故分析和事故责任判别提供了有利的原始实时运行数据。该项技术已获国家发明专利(专利号:ZL200610015576.0 )。
《JTF-PH07系列独立式家用复合探测报警器》(Q/12N4865-2008)标准已在天津市质量技术监督局备案。该标准填补了我国该类产品标准的空白,为今后相应行业标准和国家标准的制订奠定了基础。
该项目形成的产品已经过实际工程试用考核,试用结果表明:该产品顺应了市场需求,赢得众多燃气管理部门的青睐和用户的好评,达到了适合家庭使用的低成本目标,将具有非常好的市场前景,在国际上也将具有很强的竞争优势。
参考文献
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有害气体检测仪的选择与使用 篇2
关键词:有毒有害气体检测仪选择
1 选择气体检测仪的参考因素
1.1 确认所要检测气体种类和浓度范围:每一个生产部门所遇到的气体种类都是不同的。在选择气体检测仪时就要考虑到所有可能发生的情况。如果甲烷和其它毒性较小的烷烃类居多,选择LEL检测仪无疑是最为合适的。这不仅是因为LEL检测仪原理简单,应用较广,同时它还具有维修、校准方便的特点。如果存在一氧化碳、硫化氢等有毒气体,就要优先选择一个特定气体检测仪才能保证工人的安全。 复合式气体检测仪可能会达到事半功倍的效果。
1.2 确定使用场合:工业环境的不同,选择气体检测仪种类也不同。
1.2.1 固定式气体检测仪:这是在工业装置上和生产过程中使用较多的检测仪。它可以安装在特定的检测点上对特定的气体泄漏进行检测。固定式检测器一般为两体式,有传感器和变送组成的检测头为一体安装在检测现场,有电路、电源和显示报警装置组成的二次仪表为一体安装在安全场所,便于监视。它的检测原理同前节所述,只是在工艺和技术上更适合于固定检测所要求的连续、长时间稳定等特点。它们同样要根据现场气体的种类和浓度加以选择,同时还要注意将它们安装在特定气体最可能泄漏的部位,比如要根据气体的比重选择传感器安装的最有效的高度等等。
1.2.2 便携式气体检测仪:由于便携式仪器操作方便,体积小巧,可以携带至不同的生产部位,电化学检测仪采用碱性电池供电,可连续使用1000小时;新型LEL检测仪、PID和复合式仪器采用可充电池(有些已采用无记忆的镍氢或锂离子电池),使得它们一般可以连续工作近12小时,所以,作为这类仪器在各类工厂和卫生部门的应用越来越广。
如果是在开放的场合,比如敞开的工作车间使用这类仪器作为安全报警,可以使用随身佩戴的扩散式气体检测仪,因为它可以连续、实时、准确地显示现场的有毒有害气体的浓度。这类的新型仪器有的还配有振动警报附件——以避免在嘈杂环境中听不到声音报警,并安装计算机芯片来记录峰值、STEL(15分钟短期暴露水平)和TWA(8小时统计权重平均值)——为工人健康和安全提供具体的指导。
如果是进入密闭空间,比如反应罐、储料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下设施、农业密闭粮仓、铁路罐车、船运货舱、隧道等工作场合,在人员进入之前,就必须进行检测,而且要在密闭空间外进行检测。此时,就必须选择带有内置采样泵的多气体检测仪。因为密闭空间中不同部位(上、中、下)的气体分布和气体种类有很大的不同。比如:一般意义上的可燃气体的比重较轻,它们大部分分布于密闭空间的上部;一氧化碳和空气的比重差不多,一般分布于密闭空间的中部;而象硫化氢等较重气体则存在于密闭空间的下部。同时,氧气浓度也是必须要检测的种类之一。另外,如果考虑到罐内可能的有机物质的挥发和泄漏,一个可以检测有机气体的检测仪也是需要的。因此一个完整的密闭空间气体检测仪应当是一个具有内置泵吸功能——以便可以非接触、分部位检测;具有多气体检测功能——以检测不同空间分布的危险气体,包括无机气体和有机气体;具有氧检测功能——防止缺氧或富氧;体积小巧,不影响工人工作的便携式仪器。只有这样才能保证进入密闭空间的工作人员的绝对安全。
另外,进入密闭空间后,还要对其中的气体成分进行连续不断的检测,以避免由于人员进入、突发泄漏、温度等变化引起挥发性有机物或其它有毒有害气体的浓度变化。
如果用于应急事故、检漏和巡视,应当使用泵吸式、响应时间短、灵敏度和分辨率较高的仪器,这样可以很容易判断泄漏点的方位。
在进行工业卫生检测和健康调查的情况时,具有数据记录和统计计算以及可以联接计算机等功能的仪器应用起来就非常方便。
目前,随着制造技术的发展,便携式多气体(复合式)检测仪也是我们的一个新的选择。由于这种检测仪可以在一台主机上配备所需的多个气体(无机/有机)检测传感器,所以它具有体积小、重量轻、相应快、同时多气体浓度显示的特点。更重要的是,泵吸式复合式气体检测仪的价格要比多个单一扩散式气体检测仪便宜一些,使用起来也更加方便。需要注意的是在选择这类检测仪时,最好选择具有单独开关各个传感器功能的仪器,以防止由于一个传感器损害影响其它传感器使用。同时,为了避免由于进水等堵塞吸气泵情况发生,选择具有停泵警报的智能泵设计的仪器也要安全一些。
2 使用气体检测仪时需要注意的问题
2.1 注意经常性的校准和检测 有毒有害气体检测仪也同其它的分析检测仪器一样,都是用相对比较的方法进行测定的:先用一个零气体和一个标准浓度的气体对仪器进行标定,得到标准曲线储存于仪器之中,测定时,仪器将待测气体浓度产生的电信号同标准浓度的电信号进行比较,计算得到准确的气体浓度值。因此,随时对仪器进行校零,经常性对仪器进行校准都是保证仪器测量准确的必不可少的工作。需要说明的是:目前很多气体检测仪都是可以更换检测传感器的,但是,这并不意味着一个检测仪可以随时配用不同的检测仪探头。不论何时,在更换探头时除了需要一定的传感器活化时间外,还必须对仪器进行重新校准。另外,建议在各类仪器在使用之前,对仪器用标气进行响应检测,以保证仪器真正起到保护的作用。
2.2 注意各种不同传感器间的检测干扰 一般而言,每种传感器都对应一个特定的检测气体,但任何一种气体检测仪也不可能是绝对特效的。因此,在选择一種气体传感器时,都应当尽可能了解其它气体对该传感器的检测干扰,以保证它对于特定气体的准确检测。
2.3 注意各类传感器的寿命 各类气体传感器都具有一定的使用年限,即寿命。一般来讲,在便携式仪器中,LEL传感器的寿命较长,一般可以使用三年左右;光离子化检测仪的寿命为四年或更长一些;电化学特定气体传感器的寿命相对短一些,一般在一年到两年;氧气传感器的寿命最短,大概在一年左右。电化学传感器的寿命取决于其中电解液的干涸,所以如果长时间不用,将其密封放在较低温度的环境中可以延长一定的使用寿命。固定式仪器由于体积相对较大,传感器的寿命也较长一些。因此,要随时对传感器进行检测,尽可能在传感器的有效期内使用,一旦失效,及时更换。
2.4 注意检测仪器的浓度测量范围 各类有毒有害气体检测器都有其固定的检测范围。只有在其测定范围内完成测量,才能保证仪器准确地进行测定。而长时间超出测定范围进行测量,就可能对传感器造成永久性的破坏。
3 小结
一氧化碳气体检测器 篇3
“可移动式救生舱”和“固定式避难硐室”作为一种灾害情况下为井下人员提供安全避险的密闭空间,对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气,隔绝有毒有害气体,对内能为被困矿工提供氧气、食物、水,去除有毒有害气体[1,2,3]。密闭空间内部气体环境安全的保障主要是氧气的供给及有毒有害气体的处理,其中一氧化碳作为一种毒性较大、人员中毒反应较快的有毒有害气体,要求能够及时有效的吸附处理。井下紧急避险设施内部的一氧化碳的主要来自人员外部携带进入及人体自身代谢产生,研究表明,人体在密闭空间会自身代谢产生一氧化碳,检出率为100%[4]。
国内外目前常用的去除一氧化碳的方法主要包括以下几种:①深冷法;②CoSorb法;③PSA法(变压吸附法);④常温一氧化碳催化剂净化[5,6];⑤高性能活性炭/分子筛吸附。由于密闭空间内CO浓度很低(10-6级)且考虑到避险设施内条件所限,可采用高性能吸附剂吸附和常温催化净化方法去除一氧化碳[7]。此二种方法原理皆源自简单气体在过渡金属表面的吸附现象,关于该原理国内外已有多方面的研究[8,9,10,11,12]。
一氧化碳在密闭空间中具有极大的危害,为去除密闭空间内的一氧化碳,在避险设施内安设空气净化装置,通过在装置内放置化学药剂实现有毒有害气体的处理,从而保证密闭空间内气体环境参数处于安全范围之内。为了获得一氧化碳吸附时的最佳运行参数及其相应的吸附效率,本文在救生舱内部分别针对两种不同的一氧化碳吸附药剂进行了一氧化碳吸附实验及药剂中毒实验。
1 实验平台的建立及实验步骤
1.1 实验目的与药剂性能
为保证密闭空间内气体环境参数处于安全范围之内,需在避险设施内的空气净化装置中放置一氧化碳吸附药剂,并测定一氧化碳吸附时的最佳运行参数及其相应的吸附效率。分别针对A、B两种一氧化碳吸附处理药剂进行实验。A为贵金属CO催化剂,属于钯金系列催化剂,钯金的含量在2%以上;B则以氧化铜及二氧化锰为主原料。由于药剂B的适用湿度已知在45%以下,必须配合干燥剂使用,而药剂A已知在湿度为80%以下时仍可正常使用,故针对药剂A进行湿度为85%和90%条件下的中毒实验。
1.2 实验环境
实验平台采用北京科技大学避险技术研究中心的地面模拟救生舱,救生舱总容积为19.16m3,舱内设有四个GD7七合一传感器,可检测CO2浓度、CO浓度及舱内温湿度。实验所用的空气净化处理装置采用上下多层抽屉式药剂盒,空气净化器顶部配置防爆直流风机以加速空气扰动,提高吸附速率和吸附效率,风机的风量为5.6m3min-1。
1.3 实验步骤及过程
在舱内的空气净化器中分别置入不同种类、不同剂量、不同风量条件下的一氧化碳吸附药剂,待CO浓度升至400ppm后开启空气净化器,记录20min舱内CO和CO2浓度的变化情况。为保证实验数据的准确性,实验前需对密闭空间的气密性进行测试。实验在正常温湿度条件下进行。由于湿度会影响药剂活性,降低一氧化碳吸收效率,故需进行一氧化碳药剂中毒实验,测定湿度高达85%和90%时药剂A吸附效率和吸附速率的变化。
2 实验结果及分析
2.1 一氧化碳吸附实验结果
依据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》,有害气体去除设施处理一氧化碳的能力应保持在20分钟内将一氧化碳的浓度由0.04%降到0.0024%以下。即所使用药剂必须达到20分钟内将400ppm的一氧化碳降到20ppm的能力。计算CO处理速率v和处理效率η作为一氧化碳吸附的关键技术指标,计算公式见式(1)、(2)。
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其中:v:单位时间单位体积的一氧化碳处理速率,m-3·s-1;
CO初:初始一氧化碳浓度,ppm;
CO末:标准允许的一氧化碳浓度,ppm,依据规定取至少24ppm以下;
V:救生舱生存区面积,取V=10m3;
t:从开始记录一氧化碳浓度至浓度降至24ppm所用的时间,s。
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其中:η:一氧化碳处理总效率,%。
对单位时间不同药剂A处理CO效率θ进行计算对比。计算公式见式(3):
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其中:a:某一时间CO浓度,ppm,n≥1;
t:CO浓度变化的时间间隔,s,实验中取t=10。
以全风量条件下2kg药剂A数据为例分析,实验曲线图如图1所示。至实验开始790s时CO浓度已经降至23ppm,可算得CO处理速率v为4.95×10-8m·s-1,处理效率η为94.51%。将所算得的θ值作曲线分析,如图2,可见前80组数据,即800s前θ值基本可以看作是沿一条直线上下波动,故可以对这79组θ值进行平均,得θ =0.3662%。
由以上,可得不同质量、不同风量条件下一氧化碳吸附药剂A的实验结果,如表1所示。
由表1可见,不同药剂量、不同风量条件下的药剂A处理CO效率并无明显差异,均高达94%以上。但在速率和单位效率方面,全风量条件下4kg药剂明显好于2kg,但8kg药剂与4kg药剂相比优势不明显,70%风量条件下8kg药剂相对于4kg药剂有略微优势,但均远不及全风量条件下4kg药剂的CO速率和单位效率,仅与全风量条件下2kg药剂数据相近。风量为全风量70%条件下的2kg药剂A在20分钟时CO浓度未能从403ppm降至24ppm,只到了63ppm,可知2kg药剂量不足,不可应用于实际中。由此可知,风量对CO药剂的吸收速率和单位效率有显著影响,8kg药剂量过大,有部分药剂剩余未与CO吸附结合。综合效率和速率因素以及经济方面,一氧化碳吸附药剂A取全风量条件下4kg时最为理想。
一氧化碳吸附药剂B的实验结果见表2所示:
由表2可见,一氧化碳吸附药剂B的吸附效率均在94%以上,不同的药剂质量和风量对吸附效率无显著影响。而在全风量条件下,一氧化碳吸附药剂B的吸附速率随药剂质量的增大而升高。同时,在单位时间处理CO效率方面,全风量条件下8kg远好于其他。此结果同样说明风量对CO药剂的吸收速率和单位效率有显著影响。2kg的药剂B在全风量70%的条件下20分钟时CO浓度未能从461ppm降至24ppm,只到了41ppm,不符合相关规定,不可应用于实际中。8kg的药剂B在全风量70%的条件下处理速率明显降低,说明8kg为最优。
2.2 一氧化碳药剂A中毒实验结果
因一氧化碳吸附药剂A在湿度大时会失效,即药剂中毒,为获得相关参数,在密闭空间内使用加湿器加湿,对8kg一氧化碳药剂A分两部分进行药剂中毒实验,每部分4kg,风量条件为全风量。将4kg药剂A分别在相对湿度为23%、85%及90%条件下,CO浓度、CO2浓度、温度和湿度的变化曲线绘制成图,分别如图3-5所示:
对实验数据进行计算,方法如前。所得结果及与正常湿度条件下对比如下:
由表3可知在湿度高达85%-90%的情况下,药剂A的吸附效率仅有略微降低,但吸附速率受湿度影响显著,单位时间的吸附效率明显降低。故可得结论,湿度过大会影响一氧化碳吸附药剂A的吸附速率和单位时间的吸附效率。
3 结论
通过实验,确定了密闭空间内两种不同的一氧化碳吸附药剂在吸附一氧化碳时的最佳运行参数及其相应的吸附效率,并对药剂A做了高湿度下药剂中毒实验,为密闭空间内一氧化碳的去除提供了参考依据。具体得到如下结论:
(1)一氧化碳吸附药剂A实验结果所示,所用药剂A在4kg全风量条件下效果最佳,此时一氧化碳吸附速率为7.22×10-8m-3·s-1,效率为94.80%,单位时间处理CO效率为0.5012%。风量减小会显著影响一氧化碳吸附速率。
(2)一氧化碳催化吸附药剂B以全风量条件下8kg时吸附效果为最佳。在此条件下其吸附速率为8.66×10-8m-3·s-1,效率为95.03%,单位时间处理CO效率为0.5470%。风量减小会显著影响一氧化碳吸附速率
(3)在高湿度环境下一氧化碳吸附药剂会中毒失效,一氧化碳的吸附速率和单位时间处理CO效率会明显降低。关于药剂A,当湿度小于80%的时候吸附效率和吸附速率均处于正常状态,当湿度升至85%甚至更高时,药剂A吸附效率不变,但是吸附速率明显降低。即当湿度高于85%时,同样剂量的药剂A吸附等量的一氧化碳需要更长的时间。故而在高湿环境下,一氧化碳吸附药剂A应与除湿剂配合使用。药剂B在湿度为45%以上时其性能即会受影响,因此药剂B必须与除湿剂配合使用。
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一氧化碳气体检测器 篇4
【摘 要】介绍了金属中气体元素的概念，综述了气体元素对金属材料性能的影响以及金属中气体元素的测量方法。
【关键词】气体元素；金属；性能；检测方法
1.金属中气体元素的概念
金属中气体元素是指氢、氧、氮三种填隙式相元素，它们以溶液和剩余相夹杂物的形式处于固体的和熔融的金属系统中。我国自1953年就已经开展对金属材料中氧、氮、氢三种气体元素的研究[1]。随着检测技术的发展，碳、硫两种元素可以通过化学反应能生成二氧化碳和二氧化硫气体进行测定，所以也纳入气体分析的范围。因此说金属中的气体元素就是指的碳、硫、氧、氮、氢五种元素。在金属冶炼过程中及金属产品制造过程中，气体元素都或多或少的被引入进去，而这五种元素的存在会对金属材料的性能造成重要的影响。近年来，随着工业和科技的发展，一些尖端的产品及技术需要较高质量的金属材料，因此为了提高产品质量，有必要对各种材料中气体元素采取各种方法进行分析，掌握气体在材料中的含量，研究其对材料性能的影响，为有效地进行控制提供依据，生产出满足不同用途需要的产品。
2.气体元素对金属材料性能的影响
碳是金属及其合金材料中的主要构成元素。碳在金属及其合金材料中的含量、存在形态及所形成碳化物的形态、分布等对材料的性能起到极其重要的作用。碳含量在一定范围内对保持金属的化学性能和力学性能非常重要，而随着碳量的增加，金属的硬度和强度会提高，韧性和塑性则会变差。
硫的存在会引起钢的热脆性，降低其力学性能，它对金属的耐磨性、塑性、可焊接性等亦有不利的影响。例如钢和生铁中的含硫量直接影响到其产品的等级和牌号，生产低硫、低磷钢是现代冶炼工艺追求的目标。碳、硫的含量是衡量金属质量优劣的重要指标。
氧含量对金属材料的化学性能和力学性能影响很大，一般在做检测时都要求金属材料中氧的含量尽可能低，防止材料的氧化和锈蚀也是金属的基本要求。如果氧含量增加，金属的抗冲击值大大降低、抗疲劳性能恶化，导致金属材料的使用寿命会大大降低。优质钢在生产中严格控制氧的含量，时速200km/h以上高速铁路用重轨要求氧含量在0.0020%以下，一些高纯金属、高温合金要求氧含量在0.001%以下，0号无氧钢要求氧含量在0.0005%以下。
当金属中氮含量超过一定限度并且在加热升温时会出现“蓝脆”现象，金属的塑性下降，脆性增加。同时含氮量较高时将使金属的宏观组织疏松，甚至产生气泡；在硅钢中含有氮化铝将导致矫顽力增大和导磁率降低；较大尺寸的氮化铝使帘线钢在拉拔过程中增加断丝率。但是，氮作为一种形成和稳定的奥氏体能力很强的元素，其能力约等于镍的20倍，在一定限度内可以代替部分镍。在不降低塑性的条件下，提高钢的硬度、强度和耐腐蚀性；氮与铬、钨、钼、钒、钛等元素形成弥散稳定的氮化物后，能大大提高钢的蠕变和持久强度；对钢件表面渗氮处理得到高弥散的氮化层，可以获得良好的综合力学性能，具有很好的耐磨和抗腐蚀性能。
一般情况下，进入金属中的氢是极为有害的。金属材料经常发生的氢损伤现象，就是与氢有关的断裂现象。主要表现为材料的力学性能发生恶化：氢通过软化或硬化机制改变材料的屈服强度，塑性明显降低，诱发裂纹萌生，最后导致断裂、滞后破坏、塑性-脆性转变和低温脆性断裂等等。另外，氢在高温下渗透性很强，锻件及焊接件在制造过程中很容易产生各种氢致缺陷，焊缝中扩散氢含量是直接影响焊接接头抗冷裂纹性能的主要因素之一。金属中氢的含量很低，钢铁及合金中含氢量一般小于0.0010%，如果超过0.003%，会出现“白点”或“氢脆”，易发生脆性断裂，裂纹在氢化物成核并扩展，严重影响钢材的质量。航空工业所用的铝和铝合金、钛和钛合金、镍合金等材料对氢含量都有严格的要求，核电燃料元件制造过程中，核材料中氢的含量也是重要控制指标之一。
3.金属中气体元素的测量方法
气体分析已成为分析化学的一个重要组成部分。气体分析的方法有很多，早期测定氢、氧、氮、碳、硫主要采用显微镜法、电子光谱法、质谱法、放射化学分析、内耗法、核磁共振法、电导法，试样转变成稳定的化合物的化学法等。不过由于早期技术水平的限制，大部分都是单一测量某一种气体元素。随着计算机技术的发展及其在气体元素测量中的应用，气体元素的分析有传统的化学方法向仪器分析方法发展，由单一的气体元素分析向多元素同时检测的方向发展[2，3]。
目前我国很多企业都已经推出各种品牌的气体分析仪器。如北京纳克、上海德凯、南京麒麟、无锡创想等仪器公司推出碳硫测定仪，北京纳克分析仪器公司和上海宝英光电科技有限公司已经推出氧氮测定仪。氢的分析方法，可分为氢的提取和测定两个部分，国内对氢元素的测量与国外还有一定的差距。美国力可公司已经推出氧氮氢联合测定仪，可实现对金属材料中氧氮氢三元素快速准确的分析。
市场上对气体元素分析的各种设备多达数十种，相应的分析方法也很多。目前功能最强、最方便的仪器就是红外碳硫测定仪和氧氮氢联合测定仪，因此这两种仪器在气体元素分析中的市场是最受欢迎。
红外气体分析技术发展迅速，它具备分析速度快、准确性好、范围广、稳定可靠等优点，特别在超低碳、硫含量的测定，非金属材料碳、硫的测定方面有明显优势，显示出红外气体分析仪的独特优点。自八十年代以来，我国引进了多种型号的红外碳硫分析仪 ，在生产和科研部门满足了对常规碳硫的快速、准确的要求同时，国产的红外碳硫仪不断涌现，目前这种方法更趋完善。
高频炉燃烧红外线吸收法测定碳和硫的应用日趋广泛，方法简便、快速、准确度高。在高频感应炉内试样通氧燃烧，此时样品熔融完全，生成的二氧化碳、二氧化硫和氧气混合气体经除尘、除水干燥，进入二氧化硫和二氧化碳红外检测器（红外吸收池），测定其对特定波长（CO24.26μm，SO27.40μm）的吸收，根据其对红外能吸收大小由朗伯-比耳定律分别计算碳和硫的质量分数。红外吸收法是一个相对测量方法，需用标准物质或基准物质在同条件下操作对分析仪器进行校准。
红外线吸收法测定碳、硫的灵敏度高，测量范围宽，可准确测定钢铁和合金中低至0.0005%的痕量碳和硫。红外线吸收法广泛用于金属及其合金、非金属材料、矿石等原辅材料中碳、硫量的测定。红外线吸收法通常采用高频感应炉加热，其炉温高，在短时间内将试样熔融燃烧，温度达1700～2000℃，有利于难溶试样和低含量碳、硫的测定。
氧氮氢联合测定仪采用惰性气体高温熔融法将金属材料中的氧氮氢三元素分解出，采用五个检测池分别检测氧氮氢三元素的含量。其中有三个独立红外检测池检测氧，同时检测CO和CO2，然后再转化为CO2集中检测，不仅可以保证中间量程的测量精度，在超低含量和高含量的检测范围内同样可以满足精度要求，插拔式集成一体化设计，无移动部件。无需操作人员调整检测器输出电压，软件实时调节检测器输出电压并保持最佳输出值。
热导检测池专门检测氮元素含量，原装的流量补偿控制系统，保证了流量系统的完善，可以精确控制整个气路中的流量，保持流量恒定，改善了材料中高含量氧分析的准确度，特别对高氧低氮的试样，只有配置这样的流量补偿装置才能保证测量精度。
专业的高灵敏度的固态红外吸收检测池或热导检测池用于检测氢元素，保证其检测精度的同时，真正实现了氧氮氢三元素的联测。
4.结语
目前气体元素的检测在金属材料中非常重要，随着科技的发展，非常多的检测方法和检测设备用于检测金属材料中气体元素的含量。我国气体元素检测设备也用长足的发展，尤其是碳硫检测仪已经达到了国际水平，而氧氮氢的联合检测设备与国外先进水平还有一定的差距。另外国外检测设备的价格比较昂贵，如何在保证检测准确度和稳定性的情况下降低设备的成本价格也是国内企业需要考虑的问题。
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一氧化碳气体检测器 篇5
原始重油地质储量巨大 (约8 630亿t) , 当采收率为15%时, 其可采储量为1 233亿t。随着常规原油可采储量 (1 500亿t) 的日益减小, 重油 (稠油及超稠油) 将成为下个世纪人类的重要能源。我国陆上重油及沥青砂资源约占石油资源总量的20%, 随着开采量的增大, 加工重油炼化量同步增加, 也加重了重油炼油污水处理厂的处理负荷。重油污水处理的适宜温度为70~95℃, 此温度下挥发性有机化合物 (VOCs) 等臭气较易挥发, 加重了恶臭污染气体的产生, 会严重影响厂内职工及附近居民的身体健康。因此, 对重油炼化污水处理厂的恶臭气体净化治理变得极为必要。
恶臭气体污染的净化方法主要分为物理法、化学法和生物法, 其中生物法以其良好的净化效果、低廉的运行成本费用、全自动化操作可靠性、不产生二次污染且运行稳定的特点受到国际学者广泛关注[1]。同时, 生物法在臭气治理工程中成功投入使用的案例也最多。国内污水处理厂已通过生物法成功治理H2S、NH4、CS2、NO2等无机气体[2], 而针对处理石油炼化排放的富含VOCs气体的工业化装置的研究还有待深入。
中国石油辽河石化公司主要炼制辽河油田重油, 其重油污水问题已经得到良好治理[3], 达到国家排放标准, 当下需要重点整治污水处理厂产生的臭气污染。辽河石化污水处理厂采用北京沃太斯环保科技发展有限公司的生物氧化装置, 进行臭气净化工程实践, 臭气取气于斜板隔油池、一级气浮池、二级气浮池等原无组织臭气排放建筑。考察了驯化期和稳定期的VOCs去除率以及负荷冲击对其的影响, 并测试了GB14554-2003中限制排放气体的处理率和排放速率, 以期为重油炼化污水处理厂治理臭气污染体系的设计和运行提供借鉴和参考。
2 试验部分
2.1 试验装置
采用美国生物反应工业公司 (BRI) 工艺设计生物氧化装置, 其工作原理基于Ottengraf等[4]通过生物法处理恶臭气体的“生物膜—双膜理论”, 见图1。装置长宽高为25 m×7 m×5.35 m, 处理规模为45 000 m3/h, 系统运行负荷为设计能力的86.7%, 年运行时数为8 040 h (335 d) , 气体过流时间75 s, 过流风速0.1~0.2 m/s。生物滴滤段采用波纹板填料 (介质体积135 m3) , 循环储液池水喷淋 (喷淋强度1.2~2 m3/m2s, 连续喷淋) ;滴滤单元底部循环储液池容积为95 m3, 实际装液量为76 m3, 活性污泥含量30%。生物过滤段采用BRI生物滤料 (介质体积113 m3) , 二沉池水喷淋 (喷淋强度0.5~1 m3/m2s, 间歇喷淋, 间隔1 h喷淋15 min) 。
2.2 试验设备和检测仪器
对斜板隔油池、一级气浮池、二级气浮池等原无组织臭气排放建筑通过玻璃钢与PVC膜进行密封, 用玻璃钢管线连接接合装置进气口。试验所用设备见表1。
2.3 检测方法及项目
由于现场不具备随时使用的气相色谱仪, 对GB14554-2003中所列的8种限制排放气体, 采用手持式仪器来测量。
按常规的恶臭气体的分类, 这8种气体中除硫化氢、氨气、二硫化碳外, 都属于VOC类, 可以用手持式VOC气体检测仪测量浓度, 进而计算处理效率。恶臭气体中, 由于硫化氢、氨气、二硫化碳极易处理, 所以该实验只观察VOCs类气体的处理效果。
3 结果与讨论
3.1 生物滤料驯化试验阶段
菌种在生物氧化装置中经过激活与筛选后, 进行生物滤料的菌种人工驯化试验阶段。在此期间, 改用循环储池水替换原喷淋用水, 保证适合菌体快速生长的滤床温度、湿度等其他条件不变, 对VOCs气体去除率进行检测和记录。见图2。
在采用稀释后的曝气池水替换原喷淋用水后, 系统的去除率受到较大的影响, 48 h后系统基本恢复, VOCs去除率仍保持着稳定的上升趋势。说明激活后的生物滤料, 在外界冲击和与本地菌共存的情况下, 仍能够保持着菌群的主导优势地位, 未产生变异和削减等状况, 这表明生物滤料上的菌群已适应了现场条件, 并已具备了抗外界干扰的微生物菌群稳定性。
3.2 生物滤料稳定试验阶段
对实验阶段的数据进行统计, 得到稳定期的VOCs去除率曲线见图3。
经过为期两个月的实验, 证明实验处理装置对收集区域的点污染源排放的废气VOC去除率已稳定达到80%以上, 并且经过了辽宁省分析科学研究院的检测分析验证。
3.3 生物氧化系统负荷冲击试验
增大污染气体流量, 测量同一采气点对应的进气浓度变化及相应处理率后记录, 观察系统面对大流量冲击时的处理率及其他参数变化情况[5]。见表2。
当流量增至处理规模上限45 000 m3/h后, 系统总体处理率下降近15%。
3.4 恶臭气体去除率与排放速率
设备2013年4月初开始运行, 经过两个月的调试、生物系统驯化和稳定后, 统计2013年7月1日到31日的运行情况, 见图4、图5。
生物装置系统建立后, 对硫化氢的去除率可稳定在85%以上, 对氨气可达到100%的去除, 对复杂有机气体VOC的去除率也稳定在70%以上。从数据上看没有达到小型实验所反映出来的去除率, 但从排放速率上看, 比GB14554—2003限定的排放标准值 (硫化氢1.8 kg/h, 氨气27 kg/h, VOC类 (其它6种合计) 33.74 kg/h) 低了很多, 装置排放速率 (取平均值0.2 kg/h) 硫化氢是国家标准限定值的11.1%, 氨氮没有排放, VOC类排放速率 (取平均值0.3 kg/h) 是国家标准限定值的0.89%。
4 结论
针对重油炼油污水处理厂设计的生物氧化装置对VOCs气体的去除率在驯化期由37%稳步上升至74%, 稳定期内可达84%左右;负荷冲击试验中其去除率下降约15%, 48 h后VOCs去除率达到80%以上。证明生物氧化装置对VOCs气体有很好的净化效果, 在极端条件下可抗负荷冲击, 并且具有较快的自我修复速度。测定GB14554-2003中所限气体的处理率与排放速率, 其中H2S去除率稳定在90%以上, 排放速率约0.2 kg/h (国家标准限定值的11.1%) ;NH3去除率100%, 无排放;VOCs气体去除率浮动于84%, 排放速率约0.3 kg/h (国家标准限定值的0.89%) 。工程实践证明, 通过生物氧化装置净化重油炼化污水处理厂恶臭气体远低于国家恶臭污染物排放标准的阀值, 处理效果良好, 工艺方案可行。
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一氧化碳气体检测器 篇6
氧化锌(ZnO)是一种功能性n型半导体材料,禁带宽度为3,37eV,呈现良好的热和化学稳定性,其纳米结构、微米结构及薄膜等在传感器中具有很好的应用前景。ZnO微纳结构的制备方法包括水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法和静电纺丝技术等。ZnO的导电性随暴露环境中气体浓度而发生变化,即吸附的气体会使ZnO的电阻发生变化。基于以上原理,科研工作者研究了乙醇检测技术。熊静芳等人采用液相共沉淀法制备了三维花状ZnO结构,发现其对乙醇的响应能力强,灵敏度能达到10×10-6;薄小庆等人采用水热法制备了纳米棒状氧化锌,用其测定乙醇气体时,灵敏度很高,且具有很好的选择性。笔者采用水热合成技术制备了一维空心ZnO材料,对其形貌进行了表征,试验其对乙醇气体的响应特性。
1 试验部分
采用水热合成法制备氧化锌棒,具体步骤包括成核和生长两步工艺。(1)配制浓度为0.05 M的醋酸锌(Zn(CH3COO)2)/甲醇溶液,1 mL上述溶液均匀喷到陶瓷管上,200℃保持1h,从而埋下ZnO种子层。(2)配制浓度为0.05 M的硝酸锌(Zn(NO3)2)和0.05 M的六次甲基四胺和2mM的聚乙烯亚胺的混合溶液,把埋下种子的陶瓷管及上述溶液装入水热反应釜中,在100℃加热12h,然后冲洗样品。(3)在马弗炉中500℃退火2h,获得棒状ZnO修饰的气体传感器件。
采用扫描电子显微镜(SEM,Carl Zeiss MERLIN Compact)、X射线衍射(XRD,Rigaku D/max-2500/PC)、傅里叶红外吸收光谱(FT-IR,Bruker VERTEX70)及电阻式气敏元件测试仪(WS-30A)等测试手段对ZnO纳米棒进行形貌、结构以及气敏性能的分析。ZnO为n型半导体,待测物乙醇为还原性气体,传感器灵敏度定义为S=Ra/Rg,Ra为传感器件的初始电阻值,Rg为待测气氛中稳定后的电阻值。
2 结果与讨论
图1给出了棒状ZnO的SEM图像。从图1可看出,成功生长了一维的尺寸的均匀棒状结构,这些棒状结构的截面成等边六角形,这是六方晶系ZnO晶体结构的典型特点,而其对角线尺寸约1~2μm,覆盖的密度很高。图2为棒状结构被碾碎后的SEM图像。从图2可以观察到,实际上这些棒状结构的内部是空心的,这表示非常有利于提高气体的吸附性能。
在室温至350℃温度范围内,观察ZnO棒气敏元件对乙醇的灵敏度变化,乙醇蒸气的体积分数为20×10-6。图3给出了时间依赖灵敏度曲线。由图3可见,随着时间的增加,气敏元件对乙醇的灵敏度大幅提高。图4给出了温度依赖灵敏度曲线。由图4可见,灵敏度随着温度的增加而提高,而温度达到300℃时达到了最高灵敏度约35×10-6,随后基本保持不变。因此,ZnO棒状结构作为敏感膜的气敏元件最优使用温度应为300℃。
图5为ZnO棒修饰气敏元件对不同体积分数乙醇的响应曲线。测试时温度设为300℃,乙醇体积分数范围为0.3×10-6~7×10-6。从图5可看到,随着乙醇体积分数增加,气敏元件响应灵敏度随之提高。图6为乙醇体积分数与气敏元件的灵敏度关系曲线,二者成线性关系,线性方程为S=3.2+1.7C(×10-6),线性相关度R为0.007。该气敏元件对乙醇的灵敏度为1.7×10-6,最优检测限为0.3×10-6。ZnO是半导体金属氧化物,在空气中会吸附氧气并使其迅速扩散到ZnO晶体表面缺陷处,而氧气分子解离后捕捉晶体表面Zn2+离子的价电子,从而形成O2-、O-、O2-等不同类型的吸附氧结构。在乙醇气氛中,ZnO表面吸附氧与乙醇分子发生反应生成CO2和H2O分子,并释放自由电子,反应式如式(1)所示。
为了考察元器件对不同体积分数乙醇的周期响应特性,测试了体积分数分别为2×10-6、4×10-6和8×10-6乙醇的响应恢复曲线,如图7所示。三种体积分数下的实时响应-恢复曲线中,随着乙醇体积分数的提高,器件灵敏度明显提高,而对乙醇蒸气的响应都具有良好的恢复性,基本无基线漂移。
为了进一步验证ZnO气敏响应的重复性,每次通入1 0×10-6乙醇,共通入了5次,气敏器件的响应-恢复曲线,如图8所示。由图8可以看出,每次通入乙醇后的响应灵敏度相差不大,而连续通入5次后,灵敏度仍能恢复到原有的初始值,而且没有明显基线漂移。由于响应稳定性及重现性良好,该气敏器件对气氛环境的适用性强,而其使用寿命也会延长。
4 结论
采用水热合成方法,以醋酸锌作为种子前驱物,硝酸锌作为生长ZnO的前驱物,在陶瓷元件上制备了具有空心的棒状ZnO结构,并用其作为气敏器件详细研究了对乙醇的气敏特性。结果表明,空心的棒状ZnO对温度极其敏感,而且具有很好的乙醇蒸气响应能力。在300℃时,该ZnO气敏器件对乙醇的响应灵敏度为1.7×10-6,检测限为0.3×10-6,具有良好的稳定性和重复性。
摘要：通过水热合成技术结合高温退火方法,以醋酸锌作为种子前驱物,硝酸锌作为生长ZnO的前驱物,在陶瓷元件上制备了具有空心的棒状ZnO。利用扫描电子显微镜表征形貌,并测试其对可燃气体乙醇的气敏响应特性。结果显示,ZnO具有空心的棒状结构,尺寸均匀其形成密度较高。该结构作为敏感膜制备的气敏传感器对乙醇的敏感度与温度具有很强的依赖性,温度为300℃时传感器件对乙醇的灵敏度最好。ZnO棒修饰的传感器对(0.3~20.0)×10-6的乙醇蒸气具有良好的气敏响应特性,对乙醇气体的灵敏度为1.7×10-6,检测限可达到0.3×10-6。在不同浓度下和同一浓度下的多次重复实验显示出良好的稳定性和重复性,响应恢复基线无明显漂移。
关键词：氧化锌,水热合成,退火,乙醇,气敏传感器,灵敏度,检测限
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一氧化碳气体检测器 篇7
1 焊接规范调节配比正好时
1.1 大规范焊接时
声音:焊接厚板时采用较大的焊接电流和焊接电压, 这时焊接的焊丝及时在熔池内熔化, 同时发出均匀响亮的熔滴过度声音。
质量:有足够的熔深, 焊接飞溅少, 焊缝边缘熔合好, 焊缝成形美观, 焊接效率高等。
1.2 小规范焊接时
声音:焊接薄板或单面焊双面成形打底焊时采用较小的焊接电流和电压, 这时焊接的焊丝及时在熔池内熔化, 同时发出均匀悦耳较小的熔滴过度声音。
质量:可获得较小的焊缝熔深, 焊接飞溅很少, 焊缝边缘熔合好, 焊缝成形美观, 便于焊接空间位置难的焊接接头的操作如:仰焊、横焊、立焊、管子全方位焊接等。
2 当焊接规范调节配比不好时
2.1 在焊接时当电流大、电压小时
声音:出现焊丝向熔池过太度快, 熔滴过度变成焊丝段状过度, 飞溅大, 过度声音发出不均匀很大且刺耳的哒哒声。
质量:焊缝熔深过大, 焊缝边缘熔合不好, 焊缝中间凸起, 成形没有均匀波纹。
2.2 在焊接时当焊接电压大、电流小时
声音:会出现焊丝向熔池过度太慢, 焊丝在焊嘴边缘或在焊嘴与熔池间熔化, 经常造成焊接电弧烧焊嘴子现象, 焊接飞溅很少, 但是焊接烟尘大, 熔滴向熔池过度声音微小。
质量:焊缝溶深浅, 焊缝成形平或凹, 容易咬边, 焊缝表面易氧化变黑, 焊接效率低。
3 结论
在生产实际中的应用:
3.1 使员工在操作二氧化碳气体保护焊时, 采用此方法, 可快速准确判断出自己调节的焊接电流与电压的配比是否正确, 并可及时加以更正, 从而保证了焊接质量。
3.2 作为焊接现场指导师和质量检查人员, 可根据此方法, 在距离焊接操作者几米外, 不用看现场操作者焊机上电流表、电压表的读数, 就可以快速判断出焊接操作者的焊接规范是否正确, 从而对焊接声音不正确的进行焊缝检测, 可大大控制不良焊缝的产生。
参考文献
一氧化碳气体检测器 篇8
二氧化碳气体保护电弧焊(简称CO2焊)的保护气体是二氧化碳(有时采用CO2+O2的混合气体)。CO2及其在高温下分解出的O2都具有很强的氧化性。随着温度提高，氧化性增强。当温度为3000k时，CO2分解出近20的O2，这时的氧化性已超过了空气。由于氧化作用生成的氧化铁能大量熔于熔池金属中，会使得焊缝金属产生气孔及夹渣等缺陷。其次，锰、硅等元素氧化生成的Si O2与Mno虽然可以形成熔渣浮到熔池表面，但却减少了焊缝中这些合金元素的含量，使焊缝金属的力学性能下降。因而在CO2气保焊时，为了防止大量生成Fe O和合金元素的烧损，避免焊缝金属产生气孔和降低力学性能，通常要在焊丝中加入足够数量的脱氧元素。由于脱氧元素与氧的亲合力比铁强，在焊接过程中可阻止铁被大量的氧化，从而可以消除或削弱上述有害影响。参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
2 传统焊接机的缺陷
焊接行业为国家基础工业，历来都是低关注度行业，传统焊接过程中巨大的能源浪费、低效焊接给自然生态环境恶化带来的影响，一直以来被大家所忽视。据悉，一台BX1-400传统交流焊机每年消耗电能达39000千瓦时，但其功率因素只达0.55，效率只达70%，浪费的电能达61.5%(1-0.55×70%)。也就是说这39000度电中有效使用的仅为15000度电，高达24000度电被白白浪费。以我国现在年产焊机超200万台来计算，这其中的能源浪费是怎样一个庞大的数字!
3 二氧化碳保护焊的优缺点
3.1 CO2气体保护焊的优点
采用CO2气体保护焊焊接低碳钢和低合金结构钢较之用手工电弧焊和埋弧焊更具优越性。1)生产率高。由于CO2气体保护焊焊接时电流密度较大，电弧热量集中且利用率较高，所以穿透能力强，熔深大，焊后一般不需清查，不需换焊条，故提高了生产率。尤其薄板焊接时，可以全位置焊，亦可从上向下焊，生产率更高。每根管节焊接时间可缩短25～30min。其生产率是手工电弧焊的1～4倍。2)成本低。CO2气体价格低廉，且电能消耗少，故焊接成本低于其它焊接方法。约相当于埋弧焊和手弧焊的40%左右。3)焊接变形和内应力小。由于电弧热量集中，工件受热面积小，同时CO2有较强的冷却作用，所以焊缝热影响区窄，焊接变形及内应力小，角变形为千分之五，不平度只有千分之三。不必冷却5～10min，管桩焊后即可使用。4)焊缝质量高。由于焊缝含氢少，抗裂性能好，是一种低氢焊接法，同时CO2气体保护焊对铁锈不太敏感，具有较强的还原和抗锈能力，只要CO2气体纯度符合要求，流量合适，且操作恰当，一般焊缝不易产生气孔，焊接接头的机械性能良好。5)焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。6)操作简便。由于是明弧焊，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接，焊接时能观察到电弧和熔池的情况，故操作较容易掌握，不易焊太偏，更有利于实现机械化和自动化焊接。
3.2 CO2气体保护焊的不足之处
1)规范不合适时，气溅较大，并且焊缝表面成形较差。2)弧光较强，特别是大电流焊接时，电弧的光、热辐射均较强。3)用直流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。4)不能在有风的地方施焊，不能焊接容易氧化的有色金属。5)焊接时，CO2气体在高温作用下分解出的CO2对人体有害，严重时可使人头晕，所以要严格控制CO2气体流量和工地的通风条件，以防中毒。
4 二氧化碳保护焊成功运用的实例
二氧化碳气体保护焊在大连会展中心十字形柱焊接中的应用2003年，某厂制造了大连会展中心刚性柱，其中十字形的盖板+腹板板厚为20mm+30mm+和30mm+40mm，柱高48.5m，工厂分两节制造，十字形柱的截面形式如图1所示。对于该形式的十字形柱焊接，首先采用自动埋弧焊接I形和T形部件，船位施焊。然后将I形、两个T形及小隔板部件二次组装成十字形柱整体，焊接腹板相交处坡口角焊缝。此时，如果采用自动埋弧焊需要有专用的悬臂焊机，但由于有小隔板，操作困难，焊接效率低。而采用二氧化碳气体保护船位焊，方便灵活，避免了小隔板的妨碍，并且可以多台焊机施焊，减小了焊接变形，焊接效率大大提高。二氧化碳保护焊焊接参数见表。
5 二氧化碳保护焊的发展前景
二氧化碳气体保护焊是50年代发展起来的一种新的焊接技术。半个世纪来，它已发展成为一种重要的熔焊方法。广泛应用于汽车工业，工程机械制造业，造船业，机车制造业，电梯制造业，锅炉压力容器制造业，各种金属结构和金属加工机械的生产。二氧化碳气体保护焊装在机器手或机器人上很容易实现数控焊接，将成为二十一世纪初的主要焊接方法。目前二氧化碳气体保护焊，使用的保护气体，分CO2和CO2+Ar两种。使用的焊丝主要是锰硅合金焊丝，超低碳合金焊丝及药芯焊丝。焊丝主要规格有：0.5 0.8 0.9 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 4.0等。
6 结论
一氧化碳气体检测器 篇9
煤的自然发火过程可分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和剧烈氧化阶段, 3 个不同阶段对应着不同的气体产物种类和浓度[1], 煤发生自燃现象的影响因素很多, 其中最主要的是煤化学结构、采煤方法、松散煤体的粒度、通风和工作面的推进速度等。我国煤炭资源多为低变质煤种, 该煤种发生自燃的危险性很高, 所以由煤自燃导致火灾的概率和造成的损失也比较大[2 - 8]。此外, 煤自燃倾向性的大小还与煤的类型及环境条件的不同有关, 不同的煤种其自燃倾向性是不同的。总之, 煤的自燃过程是十分复杂的, 特别是煤在低温条件下的缓慢氧化过程。
本文实验的目的就是: 在煤炭升温氧化的过程中, 以不同煤种的煤样为研究对象, 研究煤在不同温度下产生气体的种类及浓度的变化特征, 分析气体生成量与煤温之间的定量关系, 对煤炭自然发火的早期预测预报提供实验参考依据, 为煤炭自燃火灾的防治提供理论指导[9 - 12]。
1 煤的升温氧化实验
1. 1 煤样选取
本实验选择了6 个有代表性的不同煤种的煤样, 煤样分别采自锡林浩特某矿 ( 长焰煤) 、河北唐山东欢坨煤矿 ( 气煤) 、黑龙江鹤岗某矿 ( 1 /3 焦煤) 、河北唐山钱家营矿 ( 肥煤) 、河北唐山矿 ( 焦煤) 和山西金星某矿 ( 贫煤) 等多个生产矿井。
1. 2 实验系统
实验系统包括升温氧化、气体进样和分析、数据处理等部分组成。实验装置由炉体、温控开关、热电偶、烟气分析仪、计算机、USB数据采集卡、风机、加热器和数显温度调节仪组成。将煤样放在加热炉内, 炉壁安装了保温绝热材料, 通入固定流量的空气以保证箱内氧气量的充足。利用温控开关上的热电偶监控炉温。当炉温低于设定值后, 开关打开加热, 反之, 开关断开停止加热。实验过程中的煤温、炉温的数据分别由采集卡以及计算机采集和记录。实验装置见图1, 图2 为气相色谱仪。
1. 3 实验过程
首先按照变质程度由低到高的顺序 ( 长焰煤、气煤、1 /3 焦煤、肥煤、焦煤、贫煤) 选取煤样, 将煤样破碎, 筛取煤粉, 按不同的粒度进行称量配比并装入程序升温箱进行加热升温实验, 实验采用恒温加热。首先将煤样加热到100℃并保持了24h, 以除去煤样的水分。待煤样冷却后, 将加热温度设为120℃, 煤样温度会升高并超过加热温度, 煤温不再上升后会逐渐下降到与设置的环境温度相同。停止加热, 然后冷却。同样地, 对煤样进行140℃、160℃ 和180℃的恒温加热, 煤样温度同样首先会超过加热温度, 在经历数小时到数十小时的升温后, 煤样会因为反应减弱而温度逐渐下降, 最终跟环境温度一致。最后采集不同煤温时的气体进行气相色谱分析。
2 实验结果分析
2. 1一氧化碳、二氧化碳气体浓度随温度变化规律
通过程序升温氧化实验, 得出长焰煤、气煤、1 /3焦煤、肥煤、焦煤、贫煤生成气体的变化规律, 不同煤种升温氧化气体产物随温度的变化特征如图3 - 8所示, 从图中可以看出, 一氧化碳 ( CO) 发生速率的总体趋势是随着煤温的升高CO发生速率增大, 表现出了极强的规律性。在整个氧化升温过程中, CO气体浓度随温度变化曲线基本符合指数分布。煤温在50 - 150℃之间时, CO和CO2气体的浓度变化不大, 煤自燃处于潜伏期, 当超过150℃ 以后, CO浓度开始增大, 直到温度达到180℃, CO和CO2气体的浓度急剧增大, 表明了煤氧化反应进入了加速氧化阶段, 如果此时不采取措施, 将很快进入激烈氧化阶段, 导致煤自燃现象的发生。
从图3 - 8 可以看出, 在煤样升温氧化的过程中, 随温度的升高, CO、CO2产生浓度是先缓慢增加, 后急剧增加。在相同实验条件下, CO产生速率: 长焰煤> 气煤> 1 /3 焦煤> 肥煤> 焦煤> 贫煤, 长焰煤、气煤产生CO的氧化温度最低, 其次是1 /3焦煤、肥煤, 最后是焦煤、贫煤。除此之外, 六种煤样CO产生率急剧上升的拐点温度分别是: 长焰煤﹤气煤﹤ 1 /3 焦煤﹤肥煤焦﹤煤﹤贫煤。
2. 2 甲烷、乙烷和乙烯气体浓度随温度变化规律
在各煤种煤样中, 甲烷 ( CH4) 的出现一般都在50℃ 左右, 因为矿井中甲烷气体主要是在成煤时期煤吸附形成的, 常温下煤层中涌出的甲烷绝大部分是解吸的产物, 随着煤温的上升, 空气中的氧与煤发生氧化反应也生成大量的链烷。由煤样自燃氧化试验结果表来看, 110℃ 以前用高纯氮作冲洗气, 其甲烷浓度相差不大, 可以认为甲烷是解吸的产物110℃ 以后, 甲烷是氧化的产物。图9 - 14 中显示出了甲烷的生成量随温度升高总的趋势是增加的, 长焰煤、气煤、1 /3 焦煤和肥煤在110℃有C2H6气体的生成, 焦煤和贫煤C2H6气体则在140℃ 左右出现, 长焰煤和气煤产生C2H4气体在140℃ 左右, 而1 /3焦煤、肥煤、焦煤和贫煤则在160℃ 左右才有烯烃类物质的出现。可见, 煤化程度越高, 乙烷和乙烯气体生成的临界温度越高。
在煤样升温氧化的过程中, 随温度的逐渐升高, 煤样的氧化在逐渐加深, 此过程中C2H4、C2H6的产生量也是由缓慢增加到急剧增加; 在氧化过程中, C2H4出现的温度随煤变质程度的升高而增加, 最早出现C2H4的温度是: 长焰煤< 气煤< 1 /3 焦煤< 肥煤< 焦煤< 贫煤。
表1 总结了山西金星某矿 ( 贫煤) 、河北唐山矿 ( 焦煤) 、河北唐山钱家营矿 ( 肥煤) 、黑龙江鹤岗某矿 ( 1 /3 焦煤) 、河北唐山东欢坨煤矿 ( 气煤) 和锡林浩特某矿 ( 长焰煤) 的煤样低温氧化过程中开始生成气体的温度和浓度, 客观反映不同煤种自燃倾向性的差异。
3 结论
1) 从低温到高温的整个氧化过程中, CO是煤炭氧化的主要标志气体, 气体产生的顺序依次是CO、C2H6、C2H4、C3H8, 从长焰煤、气煤、1 /3 焦煤、肥煤、焦煤到贫煤, 气体产生速率依次降低。煤变质程度增高, 出现气体的温度也逐渐增高。
2) 煤变质程度越高, 煤样产生气体的拐点温度也越高, 从长焰煤、气煤、1 /3 焦煤、肥煤、焦煤到贫煤, 其拐点温度依次增大。拐点温度段过后, 氧化开始变得激烈, 并向深度氧化发展。
3) 煤变质程度升高, 从长焰煤、气煤、1 /3 焦煤、肥煤、焦煤到贫煤氧化能力逐渐降低。
摘要：以不同煤种的煤样为研究对象, 对其进行程序升温氧化实验, 采集不同温度时煤样所产生的气体, 进行气相色谱分析, 研究不同煤样升温氧化过程中产生的气体种类以及气体浓度的变化特征。实验结果表明:不同煤样升温氧化过程中产生的气体种类不同, 气体产生先后顺序依次是CO、C2H6、C2H4、C3H8, 气体产生量与温度都近似呈指数变化关系;随煤变质程度的增高, 煤样气体产生率急剧上升的拐点温度也变高, 煤样氧化能力降低, 相同时间段内煤样产生气体量却减少。
关键词：不同煤种,升温氧化,煤变质程度,氧化能力,气相色谱
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