หลักการและการใช้งานเครื่องตรวจจับก๊าซพิษและเป็นอันตราย
หลักการและการใช้งานเครื่องตรวจจับก๊าซที่เป็นพิษและเป็นอันตราย/ส่วนประกอบสำคัญของเครื่องตรวจจับก๊าซคือเซ็นเซอร์ก๊าซ โดยหลักการแล้วเซ็นเซอร์ก๊าซสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท:
A) เซ็นเซอร์ก๊าซที่ใช้คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี เช่น ประเภทเซมิคอนดักเตอร์ (ควบคุมพื้นผิว ควบคุมปริมาตร ประเภทศักยภาพของพื้นผิว) ประเภทการเผาไหม้ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ประเภทการนำความร้อนที่เป็นของแข็ง เป็นต้น
B) เซ็นเซอร์ก๊าซที่ใช้คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น การนำความร้อน การรบกวนทางแสง การดูดกลืนแสงอินฟราเรด ฯลฯ
C) เซ็นเซอร์ก๊าซที่ใช้คุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า เช่น อิเล็กโทรลิซิสศักย์คงที่ แบตเตอรี่ Gavanni อิเล็กโทรดไอออนเมมเบรน อิเล็กโทรไลต์คงที่ ฯลฯ
ตามอันตราย เราแบ่งก๊าซพิษและก๊าซอันตรายออกเป็นสองประเภท: ก๊าซที่ติดไฟได้และก๊าซพิษ เนื่องจากคุณสมบัติและอันตรายที่แตกต่างกัน วิธีการตรวจจับจึงแตกต่างกันไป
ก๊าซที่ติดไฟได้เป็นก๊าซอันตรายที่พบบ่อยที่สุดที่พบในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี ส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซอินทรีย์ เช่น อัลเคน และก๊าซอนินทรีย์บางชนิด เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ การระเบิดของก๊าซที่ติดไฟได้จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขบางประการ กล่าวคือ ความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้ ปริมาณออกซิเจนจำนวนหนึ่ง และความร้อนที่เพียงพอในการจุดชนวนแหล่งกำเนิดประกายไฟ สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบสำคัญสามประการของการระเบิด และไม่มีองค์ประกอบใดที่ขาดไม่ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การไม่มีเงื่อนไขใด ๆ เหล่านี้จะไม่ทำให้เกิดเพลิงไหม้หรือการระเบิด
เมื่อก๊าซที่ติดไฟได้ (ไอน้ำ ฝุ่น) และออกซิเจนผสมกันและมีความเข้มข้นถึงระดับหนึ่ง จะเกิดการระเบิดเมื่อพบกับแหล่งกำเนิดไฟที่มีอุณหภูมิที่กำหนด เราเรียกความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งระเบิดเมื่อถึงแหล่งกำเนิดไฟว่าเป็นขีดจำกัดความเข้มข้นของการระเบิด ซึ่งเรียกว่าขีดจำกัดความไวไฟ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์
ในงานของเรา เครื่องตรวจจับที่ตรวจวัดก๊าซเหล่านี้โดยใช้ LEL มักใช้เป็นเครื่องตรวจจับการเผาไหม้แบบเร่งปฏิกิริยา หลักการของมันคือยูนิตตรวจจับสะพานคู่ (โดยทั่วไปเรียกว่าสะพานวีทสโตน) หนึ่งในสะพานลวดแพลตตินัมเคลือบด้วยสารเร่งปฏิกิริยาการเผาไหม้ ตราบใดที่อิเล็กโทรดสามารถจุดแก๊สไวไฟได้ ความต้านทานของสะพานลวดแพลตตินัมจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงความต้านทานนี้เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้ ความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้สามารถคำนวณได้ผ่านระบบวงจรของเครื่องมือและไมโครโปรเซสเซอร์ เครื่องตรวจจับการนำความร้อน VOL ที่วัดความเข้มข้นของปริมาตรของก๊าซที่ติดไฟได้โดยตรงสามารถพบได้ในท้องตลาด และมีเครื่องตรวจจับที่รวม LEL/VOL ไว้แล้ว เครื่องตรวจจับที่ติดไฟได้ VOL เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดความเข้มข้นของปริมาตร (VOL) ของก๊าซที่ติดไฟได้ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจน (ขาดออกซิเจน)
ก๊าซพิษสามารถมีอยู่ได้ทั้งในวัตถุดิบในการผลิต เช่น สารอินทรีย์เคมี (VOCs) ส่วนใหญ่ และผลพลอยได้ในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการผลิต เช่น แอมโมเนีย คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และอื่นๆ เป็นปัจจัยที่อันตรายที่สุดสำหรับคนงาน อันตรายประเภทนี้ไม่เพียงแต่รวมถึงอันตรายในทันที เช่น ความรู้สึกไม่สบายทางกายภาพ การเจ็บป่วย การเสียชีวิต ฯลฯ แต่ยังรวมถึงอันตรายระยะยาวต่อร่างกายมนุษย์ด้วย เช่น ความพิการ มะเร็ง เป็นต้น การตรวจจับก๊าซพิษและเป็นอันตรายเหล่านี้ ประเด็นที่ประเทศกำลังพัฒนาควรเริ่มให้ความสนใจอย่างเพียงพอ
ปัจจุบันเราใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซเฉพาะทางมากที่สุดในการตรวจจับก๊าซพิษจำเพาะ โดยอาจรวมถึงเซ็นเซอร์ก๊าซทั้งหมดที่ระบุไว้ข้างต้น เช่นเดียวกับเครื่องตรวจจับโฟโตอิออนที่อธิบายไว้ในสองบทก่อนหน้านี้ วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการตรวจจับก๊าซอนินทรีย์ด้วยเทคโนโลยีที่ค่อนข้างสมบูรณ์และมีตัวบ่งชี้ที่ครอบคลุมดีที่สุด คือวิธีอิเล็กโทรไลซิสที่มีศักย์ไฟฟ้าคงที่ หรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยอิเล็กโทรดปฏิกิริยาสองตัว ได้แก่ อิเล็กโทรดทำงาน อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ และอิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งวางอยู่ในอิเล็กโทรไลต์เฉพาะ (ดังแสดงในรูปด้านบน) จากนั้นใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอระหว่างอิเล็กโทรดปฏิกิริยาเพื่อให้รีดอกซ์สามารถ ดำเนินการผ่านแก๊สเพื่อตรวจวัดที่เคลือบด้วยฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะหนัก จากนั้นกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของแก๊สจะถูกวัดผ่านระบบวงจรในเครื่องมือ จากนั้นไมโครโปรเซสเซอร์ภายในจะคำนวณความเข้มข้นของก๊าซ
ปัจจุบันเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีที่สามารถตรวจจับก๊าซจำเพาะ ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนตริกออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ แอมโมเนีย คลอรีน กรดไซยานูริก เอทิลีนออกไซด์ ไฮโดรเจนคลอไรด์ และอื่นๆ
การตรวจจับเครื่องตรวจจับ VOC สามารถใช้เครื่องตรวจจับโฟโตอิออนที่กล่าวถึงในบทที่แล้ว ออกซิเจนยังเป็นปัจจัยที่ต้องให้ความสนใจอย่างมากในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ปิดล้อม โดยทั่วไปเมื่อมีปริมาณออกซิเจนเกินร้อยละ 23.5 จะเรียกว่าออกซิเจนมากเกินไป (ออกซิเจนเสริม) ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสี่ยงต่อการระเบิดได้ง่าย เมื่อปริมาณออกซิเจนน้อยกว่าร้อยละ 19.5 บ่งชี้ว่ามีออกซิเจนไม่เพียงพอ (ภาวะขาดออกซิเจน) ซึ่งอาจทำให้หายใจไม่ออก โคม่า และเสียชีวิตในหมู่คนงานได้ง่าย ปริมาณออกซิเจนปกติควรอยู่ที่ประมาณร้อยละ 20.9 เครื่องตรวจจับออกซิเจนก็เป็นเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีประเภทหนึ่งเช่นกัน
