氣體檢測中物理原理的運(yùn)用分析

朱振一

摘 要：氣體檢測對保證工業(yè)生產(chǎn)安全、人們身體健康有著重要意義。當(dāng)前，新型氣體檢測方法不斷增多，提高了不同氣體檢測的精度。文章重點(diǎn)對氣體檢測中物理原理的運(yùn)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);氣體檢測;物理原理;運(yùn)用分析

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2019）15-0064-01

很多有害氣體都具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性，一旦發(fā)生泄露問題，在外部風(fēng)力、內(nèi)部濃度梯度的作用下，有害氣體就會沿著地表飛速擴(kuò)散，造成嚴(yán)重的影響。如果出現(xiàn)有害氣體泄露問題，必須要快速處理，降低氣體泄露帶來的危害。為了能夠避免氣體泄露等問題，加強(qiáng)氣體檢測工作尤為重要。下面對氣體檢測中物理原理的運(yùn)用進(jìn)行論述。

一、可燃性氣體檢測

其一，物理原理。采用可燃?xì)馓綔y器能夠?qū)我换蚨喾N可燃性氣體進(jìn)行檢測。催化型可燃?xì)怏w探測器主要是根據(jù)難熔金屬加熱之后電阻產(chǎn)生變化，從而測量氣體濃度。如果氣體進(jìn)入到探測器中，其鉑絲表面會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致鉑絲溫度提高，就會改變其電阻率。紅外光學(xué)探測器主要是采用紅外傳感器對紅外光源進(jìn)行吸收，從而檢測現(xiàn)場環(huán)境中碳?xì)漕惪扇夹詺怏w的含量。

其二，運(yùn)用分析。結(jié)合氣體檢測系統(tǒng)的實(shí)際功能標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要配合主控電路、LCD顯示屏、串口通信電路、傳感器電路等。主控制器作為整個系統(tǒng)的核心，可以通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對各個部分的智能操控。傳感器可以通過檢測可燃?xì)怏w濃度，并將所采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行處理。串口通信可以讓計(jì)算機(jī)和檢測裝置相連，把每日記錄中的甲烷濃度數(shù)值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，進(jìn)行統(tǒng)一管理。如果檢測到可燃?xì)怏w超標(biāo)，則報警系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒相關(guān)人員盡快檢修。

二、一氧化碳?xì)怏w檢測

其一，物理原理。檢測系統(tǒng)主要由氣體傳感器、線性補(bǔ)償器、放大器、電壓與電流傳感器構(gòu)成。在實(shí)際使用中，可通過使用直流穩(wěn)壓電源為整個檢測系統(tǒng)提供電能。之后氣體轉(zhuǎn)換器將所檢測出的濃度轉(zhuǎn)化成為電壓信號，但是電壓信號較弱，這就需要配置放大器、補(bǔ)償器。由于在氣體檢測中需要長距離傳輸信號，因此會使用電壓電流轉(zhuǎn)換器把電壓信號轉(zhuǎn)化成為電流信號進(jìn)行輸出，在最終處理之前將電流信號通過轉(zhuǎn)換器再次轉(zhuǎn)回電壓信號。

其二，運(yùn)用分析。一氧化碳檢測儀器主要包含微控制器、一氧化碳傳感器、聲光報警、鍵盤控制電路、顯示屏、A/D轉(zhuǎn)換器等。在氣體檢測系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行之后，可以實(shí)現(xiàn)對自身系統(tǒng)進(jìn)行檢測，之后讀取單片機(jī)EPROM的零點(diǎn)值、斜率值、報警值等，對一氧化碳傳感器傳輸?shù)男盘柌蓸樱ㄟ^濾波處理器對采用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將所處理的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、轉(zhuǎn)換，并判定是否超出報警設(shè)定值，根據(jù)對比值做出相應(yīng)的動作，顯示實(shí)際一氧化碳的濃度值。報警電路由聲、光、振動報警電路構(gòu)成，還有發(fā)光二極管、低電壓蜂鳴器、震動泵等元器件，這些元器件主要受PIC單片機(jī)端口控制。在運(yùn)行中，采用分時供電形式，就是利用單片機(jī)對電源通斷性能進(jìn)行控制，也就是說在濃度達(dá)到了設(shè)置數(shù)值時才供電。采用單片機(jī)還可以控制周期信號，實(shí)現(xiàn)振蕩器的起停，而振蕩器所輸出的信號可以控制發(fā)光二極管、蜂鳴器。

三、二氧化碳?xì)怏w檢測

其一，物理原理。植物光合作用主要利用二氧化碳，所以二氧化碳檢測技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。二氧化碳?xì)怏w檢測技術(shù)非常多：第一，紅外二氧化碳傳感器。此技術(shù)主要是利用非色散紅外原理對空氣中的二氧化碳進(jìn)行測量，在應(yīng)用中具有良好的選擇性，也可以應(yīng)用在爆炸性氣體、可燃性氣體等的檢測中。第二，催化二氧化碳技術(shù)。該技術(shù)主要是檢測現(xiàn)場二氧化碳濃度，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電流進(jìn)行信號輸入、輸出。第三，熱傳導(dǎo)二氧化碳傳感器。該技術(shù)主要是根據(jù)不同氣體的熱導(dǎo)系數(shù)不同，隨著熱導(dǎo)系數(shù)變化氣體含量也產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)檢測工作。該項(xiàng)技術(shù)設(shè)施有檢測元件和補(bǔ)償元件，通過兩個電橋臂分析整個系統(tǒng)的電壓變量，電壓與氣體濃度成正比關(guān)系，補(bǔ)償元器件可以對溫度檢測起到補(bǔ)償作用。除了能夠檢測二氧化碳?xì)怏w濃度，還可以有效檢測液化氣、煤氣、天然氣等可燃性氣體。

其二，運(yùn)用分析。紅外吸收二氧化碳?xì)怏w技術(shù)主要是采用了氣體吸收光譜，根據(jù)不同物質(zhì)產(chǎn)生的檢測差異，得到動態(tài)數(shù)值。不同氣體分子化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，因此波長紅外輻射吸收程度也不同。采用不同波長紅外輻射對同一個物體進(jìn)行照射時，部分波長輻射會被物質(zhì)吸收逐漸變?nèi)酰杉t外吸收光譜。掌握了物質(zhì)的吸收光譜，則可以得到該物質(zhì)在紅外區(qū)的吸收峰。如果一個吸收峰位置的吸收強(qiáng)度不同，則代表物質(zhì)體積不同，二者成正比關(guān)系。因此，通過研究二氧化碳對光波長、強(qiáng)度的影響即可得出最終的氣體體積分?jǐn)?shù)。紅外探測器作為一種薄膜電容，在吸收一定量的紅外能量后，其氣體溫度也會隨著紅外輻射量增加而提升，室內(nèi)壓力會增加，電容值增加代表二氧化碳體積增大。

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了保證大氣環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全，需要不斷加強(qiáng)對氣體檢測技術(shù)的研究。對于有害氣體檢測技術(shù)，必須要確保檢測效率和精度，才能夠發(fā)揮氣體檢測技術(shù)的效能，保證空氣環(huán)境健康、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭慶呈，張鵬，魏影.可燃?xì)怏w檢測報警器的原理及其應(yīng)用[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2014（09）.

[2]李穎，付金宇，侯永超.有害氣體檢測的電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018（03）.