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二氧化氮传感器在工业环境下的应用

建大仁科 2021-01-13 17:24 发文

随着工业气体泄露事件频发,保障工业生产安全和以人为本思想也不断深化,工人的健康问题、安全问题逐渐引起人们的关注。

二氧化氮传感器在工业环境下的应用

近些年来化工产业生产过程中对有毒气体的监测越来越引起工厂的重视。二氧化氮(NO2)是一款重要的工业气体,可用于工业水处理作杀菌消毒剂,也可作纸浆和纤维的漂自,面粉、油脂、食糖的精炼,皮革的脱毛等。同时,二氧化氮是有毒气体之一,颜色呈红棕色顺磁性有刺激性气味,易溶于水。低浓度(4ppm)的二氧化氮会使鼻子麻痹,可能导致过量吸收,长期暴露在NO2浓度为40到100毫克/立方米的环境中会严重影响健康影响。因此,为避免二氧化氮气体危害工作人员的身体健康,影响生产安全,对工厂二氧化氮气体的实时监测就很有必要。

用于NO2监测的仪器主要有基于光学方法如萨兹曼法、化学发光法的分析仪器。这些仪器虽然能够给出精确地分析数据,但是它们多为大型分析仪器,运行成本高并需要日常维护,不适合工厂等室内监测。现在比较通用的方法是运用气体传感器监测,二氧化氮传感器具有体积小、成本廉价等特点等简单快速的监测环境中二氧化氮的浓度,二氧化氮的核心元件采用铟镓锌氧化物(IGZO)支撑的半导体薄膜晶体管,成功实现监测仪器的自动化和微型化。

NO2气体的核心传感元件在于铟镓锌氧化物的半导体薄膜晶体管。这种材质的薄膜表面富含电子,NO2分子容易吸附到薄膜表面电子上。当吸附的分子越多,薄膜表面的电子消耗的也就越多,从而改变其电信号地输出并触发NO2监测警报。

在完成监测任务后,通过使用集成的LED灯发出的光将吸附的NO2分子释放出来,即可恢复IGZO电子层,从而能够再次激活传感器使用。实验验证,这种新型传感器对NO2的检测限可低至100ppb(十亿分之一)量级。

除此之外,二氧化氮气体传感器的优势还在于其将气体检测器所要的传感元件和信号处理组件集成到一个微系统中,输出信号随着NO2浓度变化而变化,形成一个独立的、完整的传感器件。

在室温下实现NO2的检测,并且通过可见光激活恢复器件的传感功能,这就使得在城市中或汽车中大规模部署NO2气体传感器成为可能,为低廉、高效、高灵敏度的气体检测系统铺平了道路。我们相信这种低廉的有害气体传感器的应用对空气质量的控制起着积极的作用。

保障工厂生产安全,除了使用传感器设备合理监视之外,其主要预防措施是加强密闭、通风,严格安全操作规章,加强宣传教育,普及急救和预防知识,做好岗前及定期体检的健康监护工作。如果生产过程中,能定期进行设备维护和检查监控,或许能及早发现并把危险控制在最小的范围内。

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