PID传感器在监测恶臭气体方面的国内技术探索

11月13日,在南京举行的第12届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会上,河北工业大学的张思祥教授带来了题为《PID 传感器开发与在恶臭气体监测上的应用》的报告,详细介绍利用PID传感器监测恶臭气体的新技术。

  目前,国内恶臭气体监测技术还在起步阶段。传统检测方法,是通过环保工作人员现场用人鼻嗅辨,或者采集样本气体后带回实验室检测。这两种方法都存在很大弊端,花费时间太长。这样一来,实时、在线监测恶臭气体,就成为当下大气污染监测技术的发展热点。

PID传感器在监测恶臭气体方面的国内技术探索

张思祥教授,资料图

  早在几年前,河北工业大学的张思祥教授,便开始着手开发基于光离子气体传感器(PID传感器)阵列的恶臭气体在线监测仪器,并取得可喜成果。2019年11月13日,在于南京举行的第12届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会(CIOAE 2019)上,张思祥教授带来了题为《PID 传感器开发与在恶臭气体监测上的应用》的报告,详细介绍利用PID传感器监测恶臭气体的新技术。

  据张教授介绍,气体传感器主要有金属氧化物传感器、电化学传感器和PID传感器三种。其中,PID传感器的工作原理为气体光致电离效应,即气体分子吸收光子能量超过其自身电离能时会产生光致电离现象。通过监测正负粒子在电场内定向移动产生的电流,就可实现监测过程。

  在监测器的结构设计上,张教授基于PID传感器在传统的纵向分布和二维流动式分布的电离室结构基础上做出改进,采用三维分布的方式,仪紫外灯、电极以及气路构成正交结构,大大加强了传感器的检测灵敏度。

  其中,传感器阵列采取的是将不同传感器集成到一个模块上或者在一个芯片上沉积不同的传感器材料,故基于传感器阵列的恶臭在线监测仪器开发的首要任务就是开发出合适我国的传感器组合,满足恶臭气体种类和浓度的检测需求。具体来说,张教授采用色谱分离技术,将恶臭气体先进行分离再检测,最终选择了微流控技术,一是微流控技术可以做成固态元件,二是可以与热导检测器、PID检测器等集成到一个芯片上,从而便于将来进行在线和小型化设计。

  在气路结构上,PID传感器使用锥形过度结构对传感器内部气路进行率优化,使电离室内的气流更稳定,改善了传感器响应拖尾现象。在系统硬件电路开发上,根据光离子化检测器检测信号幅度小、信噪比低、需要稳定的紫外灯激发电路的特点,开发出了微弱信号放大电路与紫外灯驱动电路等一整套硬件系统电路。

  据张教授介绍,PID传感器在恶臭检测监测系统中的应用,实现了恶臭气体监测的小型化、便携化、实时化与在线化,将推动国内恶臭气体监测的发展,具有广阔的运用前景。

  目前,从全球范围来说,我国的恶臭气体监测技术尚显落后。随着我国环境治理政策向改善环境质量转变,恶臭气体问题将越来越受重视。如何让我国恶臭气体监测技术的发展速度跟上日益增长的恶臭气体监测需求是整个行业都需要考虑的问题。

PID传感器在监测恶臭气体方面的国内技术探索

PID传感器,资料图

  延伸阅读:PID传感器的原理与应用

  光离子气体传感器(Photo Ionization Detector,简称PID),是一种具有极高灵敏度,用途广泛的检测器,可检测从极低浓度的10ppb到较高浓度的10000ppm(1%)的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOC)和其它有毒气体。

        PID使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号,电流被放大并显示出“PPM”浓度值。在被检测后,离子重新复合成为原来的气体和蒸气。PID是一种非破坏性检测器,它不会“燃烧”或永久性改变待测气体,这样一来,经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

  与传统检测方法相比,PID传感器具有便携式、体积小、精度高(ppm级)高分辨、响应快、可连续测试、实时性、安全性高等重要优点,能为工作人员提供实时的信息反馈,这种反馈可有效检测并确保工作人员的安全,在泄漏事故防范自动监控报警,事故区域确认方面,也有广阔的应用前景。

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