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气体探测仪在乙醇探测上的应用
乙醇的用途及危害
乙醇
    乙醇是应用最广泛的一种醇。因其性质比较活泼,是有机合成的重要原料,如用乙醇制乙醚、乙醛、乙酸等;因它具有广泛的溶解性,是重要的有机溶剂,用于溶解树脂、制作涂料等;因其在空气中燃烧充分,可避免污染,而且燃烧热值较大。可用作内燃机和实验室的燃料;因75%的酒精能立即使蛋白质变性(凝固),在医药上常用作消毒剂和防腐剂;乙醇还广泛用作饮料和食品添加剂,但必须注意:不能超量饮用,以免引起酒精中毒,青少年尤其不宜饮用含酒精的饮料;工业酒精中含有毒性的甲醇,决不能饮用。
    乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分,也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,提高反应速率。例如,在油脂的皂化反应中,加入乙醇既能溶解NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相(同一溶剂的溶液)中充分接触,加快反应速率,提高反应限度。
用途
乙醇的用途很广,主要有:
(1)不同浓度的消毒剂:
    99.5%的酒精称为无水酒精。生物学中的用途:叶绿体中的色素能在有机溶剂无水乙醇(或丙酮)中,所以用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素。
    95%的酒精用于擦拭紫外线灯。这种酒精在医院常用,而在家庭中则只会将其用于相机镜头的清洁。
    70%~75%的酒精用于消毒。这是因为,过高浓度的酒精会在细菌表面形成一层保护膜,阻止其进入细菌体内,难以将细菌彻底杀死。若酒精浓度过低,虽可进入细菌,但不能将其体内的蛋白质凝固,同样也不能将细菌彻底杀死。其中70%的酒精消毒效果最好。
    40%~50%的酒精可预防褥疮。长期卧床患者的背、腰、臀部因长期受压可引发褥疮,如按摩时将少许40%~50%的酒精倒入手中,均匀地按摩患者受压部位,就能达到促进局部血液循环,防止褥疮形成的目的。
    25%~50%的酒精可用于物理退热。高烧患者可用其擦身,达到降温的目的。因为用酒精擦拭皮肤,能使患者的皮肤血管扩张,增加皮肤的散热能力,酒精蒸发,吸热,使病人体表面温度降低,症状缓解。但酒精浓度不可过高,否则可能会刺激皮肤,并吸收表皮大量的水分。
(2)饮料:
    乙醇是酒主要成分(含量和酒的种类有关系)如白酒为56度的酒。注意:我们喝的酒内的乙醇不是把乙醇加进去,而是发酵出来的乙醇,当然根据使用的发酵酶不同还会有乙酸或糖等有关物质。
(3)基本有机化工原料:
    乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯乙胺等化工原料,也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料
(4)汽车燃料:
    乙醇可以调入汽油,作为车用燃料,我国雅津甜高粱乙醇在汽油中占10%。美国销售乙醇汽油已有20年历史。
此外乙醇还做:稀释剂、有机溶剂、涂料溶剂等几大方面,其中用量最大的是消毒剂
危害性
健康危害
    乙醇为中枢神经系统抑制剂。首先引起兴奋,随后抑制。急性中毒:急性中毒多发生于口服。一般可分为兴奋、催眠、麻醉、窒息四阶段。患者进入第三或第四阶段,出现意识丧失、瞳孔扩大、呼吸不规律、休克、心力循环衰竭及呼吸停止。慢性影响:在生产中长期接触高浓度本品可引起鼻、眼、粘膜刺激症状,以及头痛、头晕、疲乏、易激动、震颤、恶心等。长期酗酒可引起多发性神经病、慢性胃炎、脂肪肝、肝硬化、心肌损害及器质性精神病等。皮肤长期接触可引起干燥、脱屑、皲裂和皮炎。 乙醇具有成瘾性及致癌性,但乙醇并不是直接导致癌症的物质,而是致癌物质普遍溶于乙醇。在中国传统医药观点上,乙醇有促进人体吸收药物的功能,并能促进血液循环,治疗虚冷症状。药酒便是依照此原理制备出来的。
燃爆危险:
    本品易燃,具刺激性。
危险特性:
    易燃,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中,受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇火源会着火回燃。
气体探测技术
    气体探测技术包括传感器技术、信号处理技术、信号传输技术、控制技术。依据探测目的不同分为全量程探测(针对氧气、氮气等空气中含量较高的气体,单位为%Vol)、爆炸下限探测(针对天然气、液化气等易燃易爆气体单位为%LEL)、高灵敏度探测(针对氯气、一氧化碳、硫化氢等剧毒气体,单位为ppm)。工业以及民用领域最常接触的是爆炸下限探测和高灵敏度探测。
检测的重要性
    乙醇浓度报警器是面向企业安全防护设备-可燃气体报警器,对于存放危险物质储罐和其他容器的储存区重大危险源来说,应配备相应品种和数量的消防器材,其中乙醇浓度报警器安装于乙醇储罐周围是必要的设备之一,主要作业于环境中有乙醇泄漏的场所,在这些危险场所需要的性能稳定,质量合格的浓度报警器材。乙醇在常温下就会挥发,在空气中聚集到一定浓度遇到明火就会爆炸,当它和空气混合到一定程度时只要与到明火就会爆炸,(乙醇与甲醇混合物的爆炸极限也就在3-30%(V/V)因为乙醇蒸气与空气混合能引起爆炸浓度低点3.5%,这个道理大家都知道,乙醇浓度报警器的安装必要性无需要在详细论述。乙醇浓度报警器作为防止气体爆炸的重要措施之一,防止易燃液体火灾和爆炸的措施是根据以下5种技术和原理:①排除火源;②排除空气(氧气);③液体储存在封闭的容器或装置内;④通风以防止易燃液体蒸汽浓度达到燃烧浓度范围;⑤用惰性气体环境代替空气。后四种方法都是防止易燃液体(蒸汽)与空气构成燃烧、爆炸混合物(浓度的预警需要乙醇浓度报警器)。乙醇浓度报警器所用电器设备应专业,室内通风设备应有防火星装置,装卸时应安排在最后装、最先卸,严禁用塑料桶灌装、运输易燃液体,以防止因静电的积聚而发生的火灾事故,最大限度降低安全事故。当环境中探测气体浓度达到或超过预置报警值时,报警器立即发出声光报警,以提醒及早采取安全措施,并驱动排风、控制系统,防止发生爆炸、火灾、中毒事故,从而保障安全生产。
气体检测仪器分类
    检测可燃气体爆炸下限的传感器一般有以下几种:
  1.半导体式传感器:
  利用半导体与气体接触时电阻或功函数发生变化这一特性检测气体。气体传感器分为电阻式与非电阻式两种。
  电阻式采用SnO2、ZnO等金属氧化物材料制备,有多孔烧结件、厚膜、薄膜等形式。根据半导体与气体的相互作用是发生在表面还是体内,又分为表面控制型与体控制型。表面控制型电阻式传感器包括SnO2系传感器、ZnO系传感器、其他金属氧化物(WO3、V2O5、CdO、Cr2O3等)材料的传感器和采用有机半导体材料的传感器。体控制型电阻式传感器包括Fe2O3系传感器、ABO3型传感器和燃烧控制用传感器。这类传感器可检测甲烷、丙烷、氢、一氧化碳等还原性气体,氧、二氧化氮等氧化性气体,具有强吸附力的胺类和水蒸汽等。
  非电阻式气体传感器利用气体吸附和反应时引起的功函数变化来检测气体。它可分为金属-半导体结二极管型传感器(利用金属与半导体界面上吸附气体时,二极管整流特性的变化)、MOS二极管型传感器(采用MOS结构,通过C-V特性的漂移检测气体)和MOS FET型传感器(通过MOS FET的阈值电压变化检测气体)。
  半导体传感器优点在于其灵敏度高,并且灵敏度随时间变化规律是逐渐升高,缺点在于一致性差、线形差。
  2.催化燃烧式传感器:
  催化燃烧式气体传感器利用其氧化燃烧特性检测空气中可燃气含量,是可燃气体专用传感器。由于它的性能好、成本低,是当前国内外使用最多的可燃气传感器。
  催化燃烧式气体传感器的优点:
  ① 对所有可燃气体的响应有广谱性,在空气中对可燃气体爆炸下限浓度(%LEL)以下的含量,其输出信号接近线性
  ② 对非可燃气体没有反应,只对可燃气有反应,无干扰;
  ③ 传感器结构简单、成本低;
  ④不受水蒸气影响,对环境的温湿度影响不敏感,适于野外使用。
  催化燃烧式气体传感器的缺点:
  ① 工作温度高,一般元件表面温度200℃~300℃
  ② 工作电流较大,国内产品100mA,国外产品200 mA ~300 mA
  ③ 元件易受硫化物、卤素化合物等中毒影响,降低使用寿命;
  ④ 在缺氧环境下检测指示值误差较大。
  3.电化学式传感器:
  电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是憎水屏障,最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应,以形成充分的电信号,同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应,传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流,电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。
  优点:线性好、选择性好、功耗低
  缺点:寿命短、价格高、易损坏
  4.红外线式传感器:
  红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件,通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。    ④极限电流型气体传感器,有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器,用于汽车的氧气检测,和钢水中氧浓度检测。
    目前这种传感器的主要供应商遍布全世界,主要在德国、日本、美国,最近新加入几个欧洲供应商:英国、瑞士等。中国在这个领域起步很早,但是产业化进程效果不佳。
乙醇探测器
传统乙醇探测器
    乙醇探测器可以分为电化学原理探测器(DM-700)和光离子原理探测器(PI-700)两种,可用来检测石油、化工领域以及燃料乙醇行业里乙醇的浓度,以确保工人的安全!
    电化学原理乙醇探测器
    电化学原理乙醇探测器(DM-700)为无干扰的“智能型”探测器,探测器由一个位于电解法抛光不锈钢结构外壳内的插入式电化学传感器、一个环氧树脂封装的智能型变送模块和一个传感器防溅罩组成。 这个插入式的智能传感器能自动的识别,并能实现现场的无缝连接。操作人员通过一个磁棒进行操作, 其中的一个主要特性是它的软件可以引导用户按照程序和LED显示的菜单来进行操作。
电化学原理传感器工作原理:电化学原理传感器的工作方式是检测一定量的气体扩散
   氧气首先通过一个烧结的不锈钢虑器,然后透过传感器上的透气膜进入传感器内部。在传感器的电极和电解液之间,氧气被消耗并在阳极和阴极之间相应地产生一个电流。电流在传感器内流动时,铅质的正极被氧化成氧化铅,输出电流的强度和氧气的浓度呈绝对的线性函数关系。传感器的快速响应能力使它能够持
  续地监测空气或过程气体。
  探测器特点:
  1、对被测气体反应十分迅速
  2、重复使用性好
  3、较少的校准及维护要求
  适用于所有的轻工业和重工业单位对乙醇的检测、低浓度的乙醇必须被可靠检测的地区以及需要长期稳定传输信号的偏远地区。
  光离子原理乙醇探测器
  光离子原理乙醇探测器(PI-700)的结构与电化学原理乙醇探测器(DM-700)的结构基本类似,差异点主要在检测仪的探测器上。
  光离子原理传感器工作原理:光离子探测器是由一个隐藏在特殊光学过滤器滤光镜下的紫外灯组成,它们只在10.6eV的情况下才会放光。目标气体扩散进入传感器内部,电离电压小于10.6ev的气体被紫外灯发出的放射线电离并释放自由电子,这些自由电子被高压获取,并产生目标气体的浓度的的电流信号,对比电流强度检测目标气体浓度。
  光离子乙醇探测器有较高的灵敏度且适用广泛,测量量程可以从1ppm(百万分之一空气体积)
光离子原理乙醇探测器
到5000ppm。
  探测器特点:
  1、对被测气体反应十分迅速
  2、重复适用性好
  3、可检测种类繁多的有毒气体
  4、测量范围可低至0-10ppm可高至0-5000ppm
新乙醇探测器
乙醇探测器采用自然扩散方式检测乙醇,敏感元件采用精良的乙醇传感器,具有极好的灵敏度和出色的重复性;乙醇探测器测试程序由人工智能微电脑控制,工作流程合理,简洁便利,具有多种自适应能力,当被检测的乙醇浓度超过报警设定值时,乙醇探测器响应时间快、工作稳定反应灵敏,发出声光预警、报警,同时启动外控消防设备或其他安全防护设备,从而阻止或降低现场危险程度的延续,达到自动排除险情报的目的。
改装后的乙醇探测器检测精度高、性能稳定、抗中毒、抗干扰能力强,质量可靠,使用环境范围宽,使用寿命长,可长期工作于易燃易爆气体场所,与报警控制器配套使用,实时监控现场气体浓度,浓度超标确保第一时间发出报警信号,及时消除隐患。
结束语
    目前,工业厂房需要监测乙醇气体,由于乙醇含量超量的话,可能会对企业财产甚至人身安全造成重大的影响。具有工业价值的乙醇检测仪收到了人们的高度重视,通过不断的嫁接新的技术,不断改良,乙醇检测仪也在不断的更新换代。
新型乙醇泄露探测器各通道自动显示,液晶背光,各通道自动巡检、锁定、设定,当环境中探测气体的浓度达到或超过预置报警值时,立即发出声光报警,并驱动排风、切断、喷淋系统,防止发生、火灾、中毒事故,从而保障安全生产。以提醒用户采取安全措施!
参考文献
1.      李维提、郭强,液晶显示应用技术,北京:电子工业出版社,2000
2.      赵茂泰,智能仪器原理及应用,北京:电子工业出版社,2001
3.      赵新民,智能仪器原理及设计,哈尔滨工业大学出版社,1995
4.      严蔚敏、吴伟民,数据结构,清华大学出版社,1996
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