El principio y la aplicación de los detectores de gases tóxicos y nocivos
El principio y la aplicación de los detectores de gases tóxicos y nocivos/El componente clave de los detectores de gas son los sensores de gas. Los sensores de gas se pueden dividir básicamente en tres categorías:
A) Sensores de gas que utilizan propiedades físicas y químicas, como el tipo semiconductor (controlado por superficie, controlado por volumen, tipo potencial superficial), tipo de combustión catalítica, tipo de conductividad térmica sólida, etc.
B) Sensores de gas que utilizan propiedades físicas, como conductividad térmica, interferencia óptica, absorción de infrarrojos, etc.
C) Sensores de gas que utilizan propiedades electroquímicas, como electrólisis de potencial constante, batería Gavanni, electrodo de iones de membrana, electrolito fijo, etc.
Según los peligros, clasificamos los gases tóxicos y nocivos en dos categorías: gases combustibles y gases tóxicos. Debido a sus diferentes propiedades y peligros, sus métodos de detección también varían.
El gas combustible es el gas peligroso más común que se encuentra en entornos industriales como la industria petroquímica. Se compone principalmente de gases orgánicos como los alcanos y ciertos gases inorgánicos como el monóxido de carbono. La explosión de gases combustibles debe cumplir determinadas condiciones, es decir, una determinada concentración de gases combustibles, una determinada cantidad de oxígeno y calor suficiente para encender su fuente de ignición. Estos son los tres elementos esenciales de la explosión y ninguno de ellos es indispensable. En otras palabras, la ausencia de cualquiera de estas condiciones no provocará un incendio o explosión.
Cuando los gases combustibles (vapor, polvo) y el oxígeno se mezclan y alcanzan una determinada concentración, se producirá una explosión al encontrar una fuente de fuego con una determinada temperatura. Llamamos límite de concentración de explosión a la concentración de gas combustible que explota cuando se encuentra con la fuente de incendio, denominado límite de inflamabilidad, que generalmente se expresa en porcentaje.
En nuestro trabajo, los detectores que miden estos gases usando LEL se utilizan comúnmente como detectores de combustión catalítica. Su principio es una unidad de detección de puente dual (comúnmente conocida como puente de Wheatstone). Uno de estos puentes de alambre de platino está recubierto con sustancias de combustión catalíticas. Siempre que el electrodo pueda encender cualquier gas inflamable, la resistencia del puente de alambre de platino cambiará debido a los cambios de temperatura. Este cambio de resistencia es proporcional a la concentración del gas combustible. La concentración del gas combustible se puede calcular a través del sistema de circuito y el microprocesador del instrumento. También se pueden encontrar en el mercado detectores VOL de conductividad térmica que miden directamente la concentración volumétrica de gases combustibles, y ya existen detectores que combinan LEL/VOL. El detector de combustible VOL es particularmente adecuado para medir la concentración de volumen (VOL) de gases combustibles en ambientes hipóxicos (deficientes en oxígeno).
Los gases tóxicos pueden existir tanto en las materias primas de producción, como la mayoría de los productos químicos orgánicos (COV), como en los subproductos en diversas etapas del proceso de producción, como el amoníaco, el monóxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, etc. Son los factores más peligrosos para los trabajadores. Este tipo de daño no sólo incluye daños inmediatos, como malestar físico, enfermedad, muerte, etc., sino también daños a largo plazo al cuerpo humano, como discapacidad, cáncer, etc. La detección de estos gases tóxicos y nocivos es una cuestión a la que los países en desarrollo deberían empezar a prestar suficiente atención.
En la actualidad, utilizamos principalmente sensores de gas especializados para la detección de gases tóxicos específicos. Puede incluir todos los sensores de gas enumerados anteriormente, así como el detector de fotoionización descrito en los dos capítulos anteriores. Entre ellos, el método más común para detectar gases inorgánicos, con tecnología relativamente madura y los mejores indicadores completos, es el método de electrólisis de potencial constante, también conocido como sensores electroquímicos.
El sensor electroquímico se compone de dos electrodos de reacción (el electrodo de trabajo, el contraelectrodo y un electrodo de referencia) colocados en un electrolito específico (como se muestra en la figura anterior) y luego se aplica suficiente voltaje entre los electrodos de reacción para permitir que Redox se lleva a cabo a través del gas a medir recubierto con una película de catalizador de metal pesado, y luego la corriente generada durante la electrólisis del gas se mide a través del sistema de circuito en el instrumento. Luego, el microprocesador interno calcula la concentración del gas.
En la actualidad, los sensores electroquímicos que pueden detectar gases específicos incluyen monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, óxido nítrico, dióxido de nitrógeno, amoníaco, cloro, ácido cianúrico, óxido de etileno, cloruro de hidrógeno, etc.
La detección del detector de VOC puede utilizar el detector de fotoionización presentado en el capítulo anterior. El oxígeno también es un factor que requiere gran atención en ambientes industriales, especialmente en ambientes cerrados. Generalmente, cuando el contenido de oxígeno supera el 23,5 por ciento, se denomina exceso de oxígeno (oxígeno enriquecido), lo que fácilmente puede provocar riesgo de explosión; Cuando el contenido de oxígeno es inferior al 19,5 por ciento, indica oxígeno insuficiente (hipoxia), lo que puede provocar fácilmente asfixia, coma e incluso la muerte entre los trabajadores. El contenido normal de oxígeno debería rondar el 20,9 por ciento. Los detectores de oxígeno también son un tipo de sensor electroquímico.
