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PID光離子氣體測量原理

更新時間:2018-12-05      點擊次數(shù):2419

光離子化報警器可以檢測10ppb到10000ppm的VOC和其他有毒氣體。VOC檢測儀是一個高靈敏、適用范圍廣泛的檢測器,PID可以看成一個“低濃度LEL檢測器”。如果將有毒氣體和蒸汽看成是一條大江的話,即使你游入大江,LEL檢測器可能還沒有反應(yīng),而PID則在你剛剛濕腳的時候就已經(jīng)告訴了你。

                        △VOC檢測儀

 

PID傳感器的優(yōu)點

  1. 精度高

高精度的光離子化傳感器可以檢測到ppb級別(十億分之一)的有機氣體,一般的光離子化氣體傳感器可以檢測到ppm級(百萬分之一)的有機氣體,精度超過紅外傳感器等大多數(shù)常用傳感器;

2.對檢測氣體無破壞性

光離子傳感器在將氣體吸入后將其電離,而氣體分子形成的離子在放電后又形成了原先的氣體分子,對原氣體分子無破壞性。

3.響應(yīng)速度快、壽命長

除了在氣體檢測系統(tǒng)在開機后預(yù)熱的一段時間,在正常工作狀態(tài)下,光離子氣體傳感器幾乎可以實時做出反應(yīng),可以連續(xù)測試。在這檢測危險氣體時,對保障檢測人員健康有重要意義。一般一支紫外燈的壽命在數(shù)千小時,光離子傳感器在此期間均可正常工作,有很長的使用壽命。

4.應(yīng)用范圍廣

光離子傳感器對大多數(shù)有機和部分無機氣體均可檢測,可以廣泛應(yīng)用于化工、運輸、軍事、航天等領(lǐng)域。由于光離子化氣體傳感器對于檢測物的濃度變化特別敏感,在初始個人防護確認、泄漏區(qū)域確認、清除污染等方面有重要作用。

VOC檢測儀的工作原理

PID使用了一個紫外燈(UV)光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負離子(離子化)。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負電荷開將其轉(zhuǎn)化為電流信號實現(xiàn)氣體濃度的測量。當(dāng)待測氣體吸收高能量的紫外光時,氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后,很快電子會結(jié)合重新組成原來的氣體和蒸汽分子。PID是一種非破壞性檢測器,它不會改變待測氣體分子,經(jīng)過PID檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。

紫外燈的選擇

光離子化傳感器上可以使用的紫外燈(UV)有9.8eV、10.6eV、11.7eV三種。其中11.7eV的UV燈由于所發(fā)出的光的電離能(IP)高,故PID檢測范圍寬。但是所有的11.7eV的紫外燈都是用氟化鋰作為高能紫外線輸出窗口。氟化鋰晶體材料在燈管玻璃上的封裝是相當(dāng)困難的。當(dāng)它不使用時在空氣中氟化鋰晶體材料會吸收水分,導(dǎo)致窗口漲大,削弱了通過它的紫外線的強度。氟化鋰晶體材料也會因為UV的照射而逐漸老化,導(dǎo)致整個儀器損壞。這些因素共同作用導(dǎo)致了11.7eV燈壽命的縮短。一個10.6eV、的紫外燈可持續(xù)使用12-24個月,而一個11.7eV的燈只能持續(xù)使用2-6個月。同時11.7eV的紫外燈的造價高于9.8eV和10.6eV,進一步降低了其實用性。11.7eV的紫外燈一般只有當(dāng)化合物(二氯甲烷,四氯化碳)的電離點位超過10.6eV時才使用。同時,9.8和10.ev具有很多11.ev的紫外燈不具有的特點;9.8和10.6eV的PID有更強的針對特性:低電離能意味著能檢測到較少的化學(xué)物質(zhì)。

9.8和10.6eV的PID持續(xù)使用不少于一年:它的使用壽命和一氧化碳傳感器相當(dāng)。

9.8和10.6eV的PID更加靈敏,11.7eV的燈靈敏度較低,主要是出于它的窗口材料氟化鋰晶體對11.7eV的紫外光有阻礙作用。出射光能量的降低使得被測物質(zhì)難以充分電離,因此,要求11.7eV的PID高精度地檢測出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)是很難實現(xiàn)的。

基于上述原因,應(yīng)該選擇10.6eV的紫外燈作為PID光源。

VOC檢測儀的標(biāo)定

氣體檢測儀的標(biāo)定是建立在對于一個已知濃度的已知氣體的相應(yīng)的離子電流的基礎(chǔ)上。其它氣體的儀器響應(yīng)是和它們本身的性質(zhì)有關(guān)的,一個10ppm的讀數(shù)表明儀器產(chǎn)生了一個與10ppm標(biāo)定氣體相同的離子電流。其他氣體得到這個讀數(shù)的實際濃度可能多于也可能少于這個值。

由于PID讀數(shù)總是和標(biāo)定氣體有關(guān),因此這個讀數(shù)應(yīng)當(dāng)表述為標(biāo)定氣體相關(guān)的ppm單位,而不能直接使用實際的測量濃度值,除非檢測的污染物同標(biāo)定氣體一樣,或者儀器的讀數(shù)已經(jīng)得到校正。

通常PID使用異丁烯進行標(biāo)定,原因是在PID可檢測的VOC中,傳感器對異丁烯的相應(yīng)靈敏度處于平均水平,比較容易獲得,在低濃度時無毒、不易燃。

PID校正系數(shù)

由于揮發(fā)性有機化合物種類繁多,使用VOC檢測儀測量VOC時,除了進行總量(TVOC)以外,還可以測量某種特定的氣體,這時就需要使用校正系數(shù)(CF,或稱為響應(yīng)系數(shù))。它用在當(dāng)以一種標(biāo)準(zhǔn)氣體(一般使用異丁烯)校正PID后,通過CF直接計算得到另一種氣體的濃度,這樣一次標(biāo)定可以測定多種氣體。

校正系數(shù)也代表了某種特點氣體測量的靈敏度,CF值月底,該種氣體或蒸汽被PID檢測的靈敏度就越高。以10.6eV燈的PID為例,苯對異丁烯的CF值是0.53,它的檢測靈敏度大概是CF為9.9的乙烯的18倍。通常情況下,PID可以很好地測定CF10以下的各種物質(zhì),而CF越大,對該氣體的檢測精度越差。

如何選擇VOC檢測儀

用戶在選擇VOC檢測儀時,應(yīng)按照以下步驟進行判斷:

判斷氣體是否可以用PID檢測

PID主要用于揮發(fā)性有機化合物的檢測,主要包括:

●芳香類:含有苯環(huán)的系列化合物,比如:苯、甲苯、乙苯、二甲苯;

●酮類和醛類:含有C=O鍵的化合物。比如:丙酮、丁酮(MEK)、甲醛、乙醛等;

●胺類和氨基化合物:含有N的碳氫化合物。比如:二乙胺等;

●鹵代烴類:如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等;

●含硫有機物:甲硫醇、硫化物等;

●不飽和烴類:丁二烯、異丁烯等;

●飽和烴類:丁烷、辛烷等;

●醇類:異丙醇(IPA)、乙醇等。

除了上述有機物,PID還可以測量一些不含碳的無機化合物氣體,如:

●氨;

●半導(dǎo)體氣體:砷烷、磷化氫(磷烷)等;

●硫化氫;

●氮氧化物;

●溴和碘。

VOC檢測儀不能測量的物質(zhì)包括:

放射性物質(zhì);

●空氣(包括N2、O2、CO2、H2O);

●常見毒氣(CO、HCN、SO2);

●天然氣(甲烷、乙烷);

●酸性氣體(HCL、HF、HNO3);

●其他,如氟利昂氣體,臭氧、雙氧水等等;

●非揮發(fā)性物質(zhì):如聚合物、油脂等。

2.利用校正系數(shù)判斷是否可以檢測

首先查看被測氣體的IP是否低于PID燈的輸出能量低(可以被電離),否則無法檢測。

對于可以電離的氣體,查看該氣體的CF值,如果小于10,可以選擇PID檢測儀很好的檢測,如果大于10,說明PID檢測儀可以被用來作為粗略的檢測手段。

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