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儀器的一般概念

        儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。各類儀器儀表按不同特征，例如功能、檢測(cè)控制對(duì)象、結(jié)構(gòu)、原理等還可再分為若干的小類或子類。如工業(yè)自動(dòng)化儀表按功能可分為檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；其中檢測(cè)儀表按被測(cè)物理量又分為溫度測(cè)量?jī)x表、壓力測(cè)量?jī)x表、流量測(cè)量?jī)x表、物位測(cè)量?jī)x表和機(jī)械量測(cè)量?jī)x表等；同樣，再繼續(xù)分類下去，溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方式又分為接觸式測(cè)溫儀表和非接觸式測(cè)溫儀表；接觸式測(cè)溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電阻式等。

        其他各類儀器儀表的分類法大體類似，主要與該儀器的發(fā)展過(guò)程、使用習(xí)慣和有關(guān)產(chǎn)品的分類有關(guān)。儀器儀表在分類方面尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同樣，儀器儀表的命名也存在類似情況。

        在現(xiàn)實(shí)實(shí)際工作中，我們經(jīng)常將儀器儀表分為兩個(gè)大類：自動(dòng)化儀表和便攜式儀器儀表，自動(dòng)化儀表指需要固定安裝在現(xiàn)場(chǎng)的儀表，也稱現(xiàn)場(chǎng)安裝儀器儀表或者表盤安裝儀器儀表，這類儀表需要和其他設(shè)備配套使用，以完成某一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能；便攜式儀器儀表是指單獨(dú)使用，有時(shí)也叫檢測(cè)儀器儀表。

儀器儀表還有一種分類，叫一次儀表和二次儀表，一次儀表指?jìng)鞲衅鬟@類直接感觸被測(cè)信號(hào)的部分，二次儀表指放大、顯示、傳遞信號(hào)部分。

有毒有害氣體檢測(cè)儀是測(cè)量?jī)x器的一種，因此其分類和命名也需要遵守以上的分類習(xí)慣，并且在其設(shè)計(jì)和使用的過(guò)程中也要遵循儀器設(shè)計(jì)和使用的一般概念。

簡(jiǎn)單地指出有毒有害氣體“有"或者“無(wú)"或者濃度“大"或者“小"的儀表，我們一般稱之為“報(bào)警器"，“檢漏儀"，比如常見的，簡(jiǎn)單的泄漏檢測(cè)儀等等；將具有有毒有害氣體濃度以數(shù)字或表頭直觀顯示讀出的儀表一般稱之為檢測(cè)儀，比如固定式氣體檢測(cè)儀；如果整個(gè)儀表還包括電源、電路、顯示的儀表一般稱作為檢測(cè)儀器，如復(fù)合式氣體檢測(cè)儀器（或簡(jiǎn)稱氣體檢測(cè)儀）。

        將各種各樣的氣體傳感器和檢測(cè)器同相關(guān)的電子電路、儀器外殼、相關(guān)配件結(jié)合起來(lái)就可以制造出可以實(shí)用的氣體檢測(cè)儀器，這一過(guò)程設(shè)計(jì)到了電子、工藝、工程、試驗(yàn)設(shè)計(jì)等等龐大的系統(tǒng)工程。特別是由于氣體本身性質(zhì)的復(fù)雜性，氣體檢測(cè)儀從工作原理、特性分析到測(cè)量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測(cè)對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的儀表工業(yè)，從根本上講，一個(gè)實(shí)用的氣體檢測(cè)儀表必須達(dá)到性能包括：

穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指氣體檢測(cè)儀器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，這取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有待測(cè)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器基線輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于待測(cè)氣體中時(shí)輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。

靈敏度：靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閾限制(毒性PC或者TLV)或爆炸下限(LEL)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。

選擇性：選擇性也被稱為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來(lái)確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。交叉靈敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。

容忍性：容忍性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體濃度10~20倍，并可以在可能被損壞之前得到保護(hù)，在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。

氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過(guò)選擇適合的檢測(cè)原理來(lái)決定。選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)原理和新技術(shù)是提高氣體傳感器的敏感特性、選擇能力的基本手段。

        在選用有毒有害氣體檢測(cè)報(bào)警儀器之前，我們還需要對(duì)儀器本身的一些性能參數(shù)有些了解?，F(xiàn)在已經(jīng)可以從各個(gè)渠道得到儀器廠家所提供的產(chǎn)品樣本，其中對(duì)儀器性能指標(biāo)的描述是用戶選購(gòu)產(chǎn)品的依據(jù)。但不幸的是，比較各個(gè)儀器制造商的性能差別還存在一些問(wèn)題，這主要是各制造商使用術(shù)語(yǔ)的不同。有些術(shù)語(yǔ)很直觀通用，但其它一些可能會(huì)有特別的意義。一個(gè)例子就是濃度范圍，電化學(xué)傳感器一般都有一個(gè)可以連續(xù)工作的“正常范圍"，在此范圍內(nèi)使用不會(huì)有任何的損害，并且會(huì)得到一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)果。同時(shí)，電化學(xué)傳感器也可以間斷地或短期地在“正常范圍"外，只要不超過(guò)它的“臨界濃度"，也可以正常工作。如果在正常濃度范圍之外長(zhǎng)時(shí)間工作，不斷的長(zhǎng)期反應(yīng)就會(huì)造成電解液會(huì)飽和，就可能得不到準(zhǔn)確的結(jié)果。短期的暴露在“臨界濃度"附近的環(huán)境濃度不會(huì)對(duì)傳感器造成致命的損壞，但若暴露在“臨界濃度"之外將損壞傳感器。

        由于氣體傳感器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，除非特殊說(shuō)明，常見氣體傳感器都是遵循各個(gè)國(guó)家的安全健康標(biāo)準(zhǔn)（而這些大部分指標(biāo)都是國(guó)際通用的）需要而設(shè)計(jì)制造，比如其檢測(cè)范圍（量程）一般達(dá)到允許濃度的10倍左右即可正常使用，因此，氣體檢測(cè)儀器的性能指標(biāo)都大致相近。當(dāng)然，儀器的電路和運(yùn)算處理也會(huì)對(duì)測(cè)量的濃度范圍產(chǎn)生影響，也就是說(shuō)，同樣的傳感器安在不同的儀器上會(huì)有不同的性能。氣體檢測(cè)儀器性能的根本區(qū)別在于制造商對(duì)于氣體檢測(cè)技術(shù)的長(zhǎng)期和深刻的理解和儀器電子和工藝技術(shù)設(shè)計(jì)水平的差異。

如何選擇氣體檢測(cè)監(jiān)測(cè)儀器

        對(duì)于各類不同的生產(chǎn)場(chǎng)合和檢測(cè)要求，選擇合適的氣體檢測(cè)儀是每一個(gè)從事安全和衛(wèi)生工作的人員都必須十分注意的。這里我們將就一些具體情況做一介紹，供大家參考。

確認(rèn)所要檢測(cè)氣體種類和濃度范圍：

每一個(gè)生產(chǎn)部門所遇到的氣體種類都是不同的。在選擇氣體檢測(cè)儀時(shí)就要考慮到所有可能發(fā)生的情況。如果甲烷和其它毒性較小的烷烴類居多，選擇LEL檢測(cè)儀無(wú)疑是合適的。這不僅是因?yàn)長(zhǎng)EL檢測(cè)儀原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣，同時(shí)它還具有維修、校準(zhǔn)方便的特點(diǎn)。如果存在一氧化碳、硫化氫等有毒氣體，就要優(yōu)先選擇一個(gè)特定氣體檢測(cè)儀才能保證工人的安全。如果更多的是有機(jī)有毒有害氣體，考慮到其可能引起人員中毒的濃度較低，比如芳香烴、鹵代烴、氨（胺）、醚、醇、脂等等，就應(yīng)當(dāng)選擇前章介紹的光離子化檢測(cè)儀，而不要使用LEL檢測(cè)器應(yīng)付，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡。

如果氣體種類覆蓋了以上幾類氣體，選擇一個(gè)復(fù)合式氣體檢測(cè)儀可能會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

確定使用場(chǎng)合：

工業(yè)環(huán)境的不同，選擇氣體檢測(cè)儀種類也不同。

固定式氣體檢測(cè)儀：

        這是在工業(yè)裝置上和生產(chǎn)過(guò)程中使用較多的檢測(cè)儀。它可以安裝在特定的檢測(cè)點(diǎn)上對(duì)特定的氣體泄漏進(jìn)行檢測(cè)。固定式檢測(cè)器一般為兩體式，有傳感器和變送組成的檢測(cè)頭為一體安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，有電路、電源和顯示報(bào)警裝置組成的二次儀表為一體安裝在安全場(chǎng)所，便于監(jiān)視。它的檢測(cè)原理同前節(jié)所述，只是在工藝和技術(shù)上更適合于固定檢測(cè)所要求的連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定等特點(diǎn)。它們同樣要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣體的種類和濃度加以選擇，同時(shí)還要注意將它們安裝在特定氣體最可能泄漏的部位，比如要根據(jù)氣體的比重選擇傳感器安裝的的高度等等。

便攜式氣體檢測(cè)儀：

        由于便攜式儀器操作方便，體積小巧，可以攜帶至不同的生產(chǎn)部位，電化學(xué)檢測(cè)儀采用堿性電池供電,可連續(xù)使用1000小時(shí)；新型LEL檢測(cè)儀、PID和復(fù)合式儀器采用可充電池（有些已采用無(wú)記憶的鎳氫或鋰離子電池），使得它們一般可以連續(xù)工作近12小時(shí)，所以，作為這類儀器在各類工廠和衛(wèi)生部門的應(yīng)用越來(lái)越廣。

如果是在開放的場(chǎng)合，比如敞開的工作車間使用這類儀器作為安全報(bào)警，可以使用隨身佩戴的擴(kuò)散式氣體檢測(cè)儀，因?yàn)樗梢赃B續(xù)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地顯示現(xiàn)場(chǎng)的有毒有害氣體的濃度。這類的新型儀器有的還配有振動(dòng)警報(bào)附件---以避免在嘈雜環(huán)境中聽不到聲音報(bào)警，并安裝計(jì)算機(jī)芯片來(lái)記錄峰值、STEL（15分鐘短期暴露水平）和TWA（8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值）---為工人健康和安全提供具體的指導(dǎo)。

如果是進(jìn)入密閉空間，比如反應(yīng)罐、儲(chǔ)料罐或容器、下水道或其它地下管道、地下設(shè)施、農(nóng)業(yè)密閉糧倉(cāng)、鐵路罐車、船運(yùn)貨艙、隧道等工作場(chǎng)合，在人員進(jìn)入之前，就必須進(jìn)行檢測(cè)，而且要在密閉空間外進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)，就必須選擇帶有內(nèi)置采樣泵的多氣體檢測(cè)儀。因?yàn)槊荛]空間中不同部位（上、中、下）的氣體分布和氣體種類有很大的不同。比如：一般意義上的可燃?xì)怏w的比重較輕，它們大部分分布于密閉空間的上部；一氧化碳和空氣的比重差不多，一般分布于密閉空間的中部；而象硫化氫等較重氣體則存在于密閉空間的下部（如圖所示）。同時(shí)，氧氣濃度也是必須要檢測(cè)的種類之一。另外，如果考慮到罐內(nèi)可能的有機(jī)物質(zhì)的揮發(fā)和泄漏，一個(gè)可以檢測(cè)有機(jī)氣體的檢測(cè)儀也是需要的。因此一個(gè)完整的密閉空間氣體檢測(cè)儀應(yīng)當(dāng)是一個(gè)具有內(nèi)置泵吸功能----以便可以非接觸、分部位檢測(cè)；具有多氣體檢測(cè)功能----以檢測(cè)不同空間分布的危險(xiǎn)氣體，包括無(wú)機(jī)氣體和有機(jī)氣體；具有氧檢測(cè)功能----防止缺氧或富氧；體積小巧，不影響工人工作的便攜式儀器。只有這樣才能保證進(jìn)入密閉空間的工作人員的安全。

另外，進(jìn)入密閉空間后，還要對(duì)其中的氣體成分進(jìn)行連續(xù)不斷的檢測(cè)，以避免由于人員進(jìn)入、突發(fā)泄漏、溫度等變化引起揮發(fā)性有機(jī)物或其它有毒有害氣體的濃度變化。

        如果用于應(yīng)急事故、檢漏和巡視，應(yīng)當(dāng)使用泵吸式、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度和分辨率較高的儀器，這樣可以很容易判斷泄漏點(diǎn)的方位。

        在進(jìn)行工業(yè)衛(wèi)生檢測(cè)和健康調(diào)查的情況時(shí)，具有數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及可以聯(lián)接計(jì)算機(jī)等功能的儀器應(yīng)用起來(lái)就非常方便。

目前，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，便攜式多氣體（復(fù)合式）檢測(cè)儀也是我們的一個(gè)新的選擇。由于這種檢測(cè)儀可以在一臺(tái)主機(jī)上配備所需的多個(gè)氣體（無(wú)機(jī)/有機(jī)）檢測(cè)傳感器，所以它具有體積小、重量輕、相應(yīng)快、同時(shí)多氣體濃度顯示的特點(diǎn)。更重要的是，泵吸式復(fù)合式氣體檢測(cè)儀的價(jià)格要比多個(gè)單一擴(kuò)散式氣體檢測(cè)儀便宜一些，使用起來(lái)也更加方便。需要注意的是在選擇這類檢測(cè)儀時(shí)，選擇具有單獨(dú)開關(guān)各個(gè)傳感器功能的儀器，以防止由于一個(gè)傳感器損害影響其它傳感器使用。同時(shí)，為了避免由于進(jìn)水等堵塞吸氣泵情況發(fā)生，選擇具有停泵警報(bào)的智能泵設(shè)計(jì)的儀器也要安全一些。

使用氣體檢測(cè)儀時(shí)需要注意的問(wèn)題：

注意經(jīng)常性的校準(zhǔn)和檢測(cè)。

       有毒有害氣體檢測(cè)儀也同其它的分析檢測(cè)儀器一樣，都是用相對(duì)比較的方法進(jìn)行測(cè)定的：先用一個(gè)零氣體和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)濃度的氣體對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線儲(chǔ)存于儀器之中，測(cè)定時(shí)，儀器將待測(cè)氣體濃度產(chǎn)生的電信號(hào)同標(biāo)準(zhǔn)濃度的電信號(hào)進(jìn)行比較，計(jì)算得到準(zhǔn)確的氣體濃度值。因此，隨時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行校零，經(jīng)常性對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)都是保證儀器測(cè)量準(zhǔn)確的的工作。需要說(shuō)明的是：目前很多氣體檢測(cè)儀都是可以更換檢測(cè)傳感器的，但是，這并不意味著一個(gè)檢測(cè)儀可以隨時(shí)配用不同的檢測(cè)儀探頭。不論何時(shí)，在更換探頭時(shí)除了需要一定的傳感器活化時(shí)間外，還必須對(duì)儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn)。另外，建議在各類儀器在使用之前，對(duì)儀器用標(biāo)氣進(jìn)行響應(yīng)檢測(cè)，以保證儀器真正起到保護(hù)的作用。

注意各種不同傳感器間的檢測(cè)干擾。

        一般而言，每種傳感器都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的檢測(cè)氣體，但任何一種氣體檢測(cè)儀也不可能是的。因此，在選擇一種氣體傳感器時(shí)，都應(yīng)當(dāng)盡可能了解其它氣體對(duì)該傳感器的檢測(cè)干擾，以保證它對(duì)于特定氣體的準(zhǔn)確檢測(cè)。

注意各類傳感器的壽命：

       各類氣體傳感器都具有一定的使用年限，即壽命。一般來(lái)講，在便攜式儀器中，LEL傳感器的壽命較長(zhǎng)，一般可以使用三年左右；光離子化檢測(cè)儀的壽命為四年或更長(zhǎng)一些；電化學(xué)特定氣體傳感器的壽命相對(duì)短一些，一般在一年到兩年；氧氣傳感器的壽命最短，大概在一年左右。電化學(xué)傳感器的壽命取決于其中電解液的干涸,所以如果長(zhǎng)時(shí)間不用，將其密封放在較低溫度的環(huán)境中可以延長(zhǎng)一定的使用壽命。固定式儀器由于體積相對(duì)較大，傳感器的壽命也較長(zhǎng)一些。因此，要隨時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，盡可能在傳感器的有效期內(nèi)使用，一旦失效，及時(shí)更換。

4)注意檢測(cè)儀器的濃度測(cè)量范圍:

各類有毒有害氣體檢測(cè)器都有其固定的檢測(cè)范圍。只有在其測(cè)定范圍內(nèi)完成測(cè)量，才能保證儀器準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)定。而長(zhǎng)時(shí)間超出測(cè)定范圍進(jìn)行測(cè)量，就可能對(duì)傳感器造成性的破壞。

比如，LEL檢測(cè)器，如果不慎在超過(guò)99%LEL的環(huán)境中使用，就有可能燒毀傳感器。而有毒氣體檢測(cè)器，長(zhǎng)時(shí)間工作在較高濃度下使用也會(huì)造成損壞。所以，固定式儀器在使用時(shí)如果發(fā)出超限信號(hào)，要立即關(guān)閉測(cè)量電路，以保證傳感器的安全。

表：常見氣體傳感器的濃度檢測(cè)范圍、分辨率、允許濃度和承受濃度（ppm）