一文读懂一氧化碳传感器的工作原理

2020-10-14
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摘要 进化未能设法使我们警觉到一氧化碳,但人类的创造力已发展出可以做同样事情的聪明小工具——一氧化碳传感器。

  动物很擅长自卫。

  以人类为例。我们的基本感官(眼睛,耳朵,气味,味道和触觉)已经全部演变,至少部分地演变为保护我们免受各种威胁。早在山顶洞人时代,我们的祖先就可以看到并听到攻击性动物的到来,他们要么做好战斗的准备,要么急忙躲开。在现代,当我们过马路时,相同的设备对于确保我们的安全同样有用。

  但是有些威胁实在太微妙了,我们的身体无法察觉。最危险的危险之一是被一氧化碳中毒,一氧化碳是在通风不良的环境下,燃气锅炉之类的东西产生的气体 。

  进化未能设法使我们警觉到一氧化碳,但人类的创造力已发展出可以做同样事情的聪明小工具——一氧化碳传感器。

  什么是一氧化碳?

  为了使燃料正确燃烧,您需要大量的氧气。如果没有氧气,那东西根本不会燃烧——这是消防员使用的秘密之一。像设备灭火器, 灭火毯和喷头都尝试删除从火中的氧(或热或燃料),以使其更快地从火中走出去。

  但是,如果您只有少量的氧气(足以燃烧燃料,但不足以正常燃烧),会发生什么呢?当燃料不完全在氧气中燃烧时,会释放出称为一氧化碳的有毒气体CO,因为没有足够的氧气产生CO 2)。

  一氧化碳无味无色,因此您不会注意到它的积累。它使您感到困倦,然后使您入睡,最后杀死了您。

  仅在北美,每年就有数百人死于一氧化碳中毒,成千上万人需要紧急医疗。如果您的房屋中装有探测器,并且供暖系统开始产生一氧化碳,则在气体浓度变得危险的那一刻,您会听到警报声。届时,您可以关闭暖气,打开所有窗户,撤离房屋并打电话给修理工。

  产生一氧化碳的不仅仅是家庭供暖系统。在人们使用发动机,熔炉,锻件或任何其他使用氧气通过燃烧产生能量的设备的工作场所中,这都可能是主要的危害 。

  一氧化碳检测器如何工作?

  检测器有两种基本类型:贴在墙上的廉价检测条(有时被称为仿生检测器,因为它们可能模仿我们的身体对一氧化碳的反应方式)和价格昂贵的电子 警报器,它们会从电源插座或电池供电。

  它们有一些共同点,但工作方式不同。

  化学“斑点”探测器:

  这些简单的探测器是塑料片, 中间带有一个米色的小“斑点”。如果房间中的一氧化碳含量很高,则斑点会从米色变为黑色。

  怎么发生的?化学原理!

  仔细观察探测器的斑点,您会看到它坚韧不拔且像沙子。它实际上是用催化剂(可促进化学反应的某种物质)浸渍的硅胶,该催化剂由包括钯和钼盐(例如硫酸钯和钼酸铵)的化学物质制成。

  当一氧化碳接触到检测器时,它会被试纸上的化学盐氧化(从中窃取一些氧原子)并转化为二氧化碳。带材上的化学物质同时被还原(其中的一些氧原子被盗了),并变成黑色。试条还包含由过渡金属(例如铁,镍或铜)制成的化学盐。一氧化碳去除后,这种金属盐会从空气中吸收一些氧气,并将催化剂变回其原始化学形式,因此检测器点再次将颜色变回米色。换句话说,催化剂在空气中自身再生。

  一种廉价的斑点型一氧化碳检测仪。您可以在五金店,杂货店或网上找到这些商品,只需花费几美元。它们总比没有强,但是从长远来看,电子探测器可以为您提供更好的保护,并且价格便宜得多。斑点检测器的中心有一个米色斑点,如果存在危险水平的一氧化碳,则该斑点会变黑。仔细观察(右),您会看到坚韧不拔,催化剂浸渍的斑点完成所有工作。您会注意到,像这样的检测器在顶部有一个空格,您应该在打开时写下日期。这是因为它们在暴露于空气中几个月后会停止正常工作。

  像这样的简单探测器的优点是每个探测器只需花费几美元(英镑),因此,如果您买不起任何复杂的仪器,它们是为自己提供基本保护的好方法。

  但也存在多方面缺点。

  首先,这些检测器不会发出警报:您必须不断观察它们,以注意颜色已更改。如果您保持观察状态,或者只有少量缓慢的气体积聚,那很好,但是如果您的加热系统突然出现重大问题,并且一氧化碳的产生非常快,那将不能令人满意——你发现检测器斑点发黑时就为时已晚。

  另一个问题是,必须每3至6个月左右更换一次探测器。

  电子一氧化碳警报器:

  电子一氧化碳探测器分为多种,他们的方式工作也都不一样。

  比色检测器是其中一种,它的内部有一个化学斑点,与化学“斑点”探测器相似。当光束照到斑点上时,“电子眼”(也称为光电电池或 光电电池)测量 反射回的光。如果周围没有一氧化碳,则条带为米色,并反射大量光。但若存在一氧化碳时条带变黑,吸收在它上面的光被吸收,几乎没有反射回。电子眼检测到反射光不足,并发出刺耳的刺耳警报。(这样的检测器称为比色检测器,因为它们检测并测量化学斑点中的颜色变化。)

  电子比色一氧化碳检测器的LED 通过有色化学检测器照射到一个光电管。当存在一氧化碳时,检测器会改变颜色,光束会中断,并且光电管不再拾取光。这将触发电路,并发出警报。我在这里显示了蓝色的一氧化碳,但是要记住它是不可见的,这一点非常重要:您无法看到或闻到它!

  其他电子探测器的工作方式也不同。

  比如金属氧化物检测器。

  金属氧化物检测器的开放腔室包含由金属(锡或 铂)氧化物制成的传感器。当周围存在一氧化碳时,金属氧化物会与之发生反应:一氧化碳从金属氧化物中“窃取”氧气,将自身转化为二氧化碳,将金属氧化物转变为纯金属,并同时产生热量。电子电路监控室内温度,如果产生的热量过快,则发出警报。这样的检测器通常由电池供电 。

  再比如电解检测器,其工作方式有点像电池。

  电解检测器的端子称为电极,由 铂金制成,浸入称为电解质的化学溶液中。当存在一氧化碳时,电解质更容易导电,从而使电流在检测器电路中流动并触发警报。电解检测器通常最灵敏,最准确,因此也是最昂贵的。他们还需要从电源插座而不是电池供电,这意味着如果您附近没有插座,它们可能不合适。

  大多数电子警报器都具有警告/指示灯(左),测试/重置按钮以及气体进入的腔室。在这两种模型中,检测室都在右侧(Kidde孔的后面和Fire Angel的百叶窗的后面)。这两个警报并排在我的厨房里。

  电子探测器的复杂程度差异很大。最简单的是“开”或“关”:如果一氧化碳以危险水平存在,它们会触发警报,并可能同时闪烁警告灯。直到警报响起,您才知道有什么问题。更先进的检测器具有数字显示屏,以一百万分之一(PPM)的读数形式显示一氧化碳的含量。这样的检测器可以通过显示PPM读数逐渐增加来提醒您一氧化碳的问题逐渐恶化。任何读数超过约35PPM(美国职业安全与健康管理局(OSHA)在八小时内在工作场所允许的最大暴露水平)都是令人担忧的问题。

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