仪器的一般概念

        仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。各类仪器仪表按不同特征，例如功能、检测控制对象、结构、原理等还可再分为若干的小类或子类。如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器等；其中检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表和机械量测量仪表等；同样，再继续分类下去，温度测量仪表按测量方式又分为接触式测温仪表和非接触式测温仪表；接触式测温仪表又可分为热电式、膨胀式、电阻式等。

        其他各类仪器仪表的分类法大体类似，主要与该仪器的发展过程、使用习惯和有关产品的分类有关。仪器仪表在分类方面尚无统一的标准，同样，仪器仪表的命名也存在类似情况。

        在现实实际工作中，我们经常将仪器仪表分为两个大类：自动化仪表和便携式仪器仪表，自动化仪表指需要固定安装在现场的仪表，也称现场安装仪器仪表或者表盘安装仪器仪表，这类仪表需要和其他设备配套使用，以完成某一项或几项功能；便携式仪器仪表是指单独使用，有时也叫检测仪器仪表。

仪器仪表还有一种分类，叫仪表和二次仪表，仪表指传感器这类直接感触被测信号的部分，二次仪表指放大、显示、传递信号部分。

有毒有害气体检测仪是测量仪器的一种，因此其分类和命名也需要遵守以上的分类习惯，并且在其设计和使用的过程中也要遵循仪器设计和使用的一般概念。

简单地指出有毒有害气体“有”或者“无”或者浓度“大”或者“小”的仪表，我们一般称之为“报警器”，“检漏仪”，比如常见的家用可燃气体报警器，简单的泄漏检测仪等等；将具有有毒有害气体浓度以数字或表头直观显示读出的仪表一般称之为检测仪，比如固定式气体检测仪；如果整个仪表还包括电源、电路、显示的仪表一般称作为检测仪器，如复合式气体检测仪器（或简称气体检测仪）。

        将各种各样的气体传感器和检测器同相关的电子电路、仪器外壳、相关配件结合起来就可以制造出可以实用的气体检测仪器，这一过程设计到了电子、工艺、工程、试验设计等等庞大的系统工程。特别是由于气体本身性质的复杂性，气体检测仪从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的产业标准，衍生出一个个纷繁庞杂的仪表工业，从根本上讲，一个实用的气体检测仪表必须达到性能包括：

稳定性：稳定性是指气体检测仪器在整个工作时间内基本响应的稳定性，这取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有待测气体时，整个工作时间内传感器基线输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于待测气体中时输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。

灵敏度：灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阈限制(毒性PC或者TLV)或爆炸下限(LEL)的百分比的检测要有足够的灵敏性。

选择性：选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。

容忍性：容忍性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体浓度10~20倍，并可以在可能被损坏之前得到保护，在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。

气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过选择适合的检测原理来决定。选择适当的检测原理和新技术是提高气体传感器的敏感特性、选择能力的基本手段。

        在选用有毒有害气体检测报警仪器之前，我们还需要对仪器本身的一些性能参数有些了解。现在已经可以从各个渠道得到仪器厂家所提供的产品样本，其中对仪器性能指标的描述是用户选购产品的依据。但不幸的是，比较各个仪器制造商的性能差别还存在一些问题，这主要是各制造商使用术语的不同。有些术语很直观通用，但其它一些可能会有特别的意义。一个例子就是浓度范围，电化学传感器一般都有一个可以连续工作的“正常范围”，在此范围内使用不会有任何的损害，并且会得到一个准确的结果。同时，电化学传感器也可以间断地或短期地在“正常范围”外，只要不超过它的“临界浓度”，也可以正常工作。如果在正常浓度范围之外长时间工作，不断的长期反应就会造成电解液会饱和，就可能得不到准确的结果。短期的暴露在“临界浓度”附近的环境浓度不会对传感器造成致命的损坏，但若暴露在“临界浓度”之外将损坏传感器。

        由于气体传感器已经得到了广泛的应用，除非特殊说明，常见气体传感器都是遵循各个国家的安全健康标准（而这些大部分指标都是国际通用的）需要而设计制造，比如其检测范围（量程）一般达到允许浓度的10倍左右即可正常使用，因此，气体检测仪器的性能指标都大致相近。当然，仪器的电路和运算处理也会对测量的浓度范围产生影响，也就是说，同样的传感器安在不同的仪器上会有不同的性能。气体检测仪器性能的根本区别在于制造商对于气体检测技术的长期和深刻的理解和仪器电子和工艺技术设计水平的差异。

如何选择气体检测监测仪器

        对于各类不同的生产场合和检测要求，选择合适的气体检测仪是每一个从事安全和卫生工作的人员都必须十分注意的。这里我们将就一些具体情况做一介绍，供大家参考。

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。如果更多的是有机有毒有害气体，考虑到其可能引起人员中毒的浓度较低，比如芳香烃、卤代烃、氨（胺）、醚、醇、脂等等，就应当选择前章介绍的光离子化检测仪，而不要使用LEL检测器应付，因为这可能会导致人员伤亡。

如果气体种类覆盖了以上几类气体，选择一个复合式气体检测仪可能会达到事半功倍的效果。

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。

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。

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（如图所示）。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，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。

使用气体检测仪时需要注意的问题：

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。

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特效的。因此，在选择一种气体传感器时，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。

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。

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性的破坏。

比如，LEL检测器，如果不慎在超过100%LEL的环境中使用，就有可能彻底烧毁传感器。而有毒气体检测器，长时间工作在较高浓度下使用也会造成损坏。所以，固定式仪器在使用时如果发出超限信号，要立即关闭测量电路，以保证传感器的安全。

表：常见气体传感器的浓度检测范围、分辨率、允许浓度和承受浓度（ppm）

传感器	检测范围	分辨率	TWA	浓度
一氧化碳	0-500	1	25	1500
硫化氢	0-100	1	10	500
二氧化硫	0-20	0.1	2	150
一氧化氮	0-250	1	25	1000
氨气	0-50	1	25	200
氰化氢	0-100	1	10	100
氯气	0-10	0.1	0.5	30
VOC	0-10000	0.1	-----	无限制

 

       总之，有毒有害气体检测仪是保证工业安全和工作人员健康的有力工具。我们要根据具体的使用环境场合以及需要的功能，选择合适的气体检测仪。目前，可供我们选择的检测仪包括固定式/便携式、扩散式/泵吸式、单气体/多气体、无机气体/有机气体等等多种多样的组合。只有选择好了合适的气体检测仪器，才能真正做到事半功倍，防患于未然。