有毒气体探测器主要基于多种物理或化学原理来检测特定有毒气体的存在及其浓度。常见的工作原理包括:
(一)催化燃烧式
对于一些可燃性有毒气体,如甲烷等,利用催化燃烧原理。探测器内有一个惠斯通电桥,其中两个电阻元件作为检测臂,涂有催化活性材料,另外两个作为补偿臂。当可燃气体与空气中的氧在检测元件表面发生催化燃烧反应时,会使检测元件温度升高,电阻发生变化,从而打破电桥平衡,产生与气体浓度相关的电信号。通过测量这个电信号,就能确定气体的浓度。不过这种原理主要用于检测可燃性气体,对于不可燃气体则不太适用。
(二)电化学式
这是专门用于检测有毒气体的常见方法。以检测一氧化碳为例,电化学传感器内部有特殊的电极和电解液。当一氧化碳气体扩散进入传感器后,在电极表面发生电化学反应,产生与一氧化碳浓度成正比的电流信号。例如,一氧化碳在工作电极上被氧化,同时在对电极上发生相应的还原反应,电子通过外电路流动形成电流,这个电流被检测和转换为气体浓度读数。不同的有毒气体需要不同配方的电解液和电极材料,以确保对特定气体的选择性响应。
(三)半导体式
半导体传感器利用某些金属氧化物半导体材料对气体的敏感性。当有毒气体吸附在半导体表面时,会引起半导体表面的电导率发生变化。例如,对于硫化氢气体,其分子与半导体材料相互作用,导致材料内部的载流子浓度改变,从而使半导体的电阻值发生变化。通过测量电阻的变化,就可以间接检测出有毒气体的存在和浓度。但这种传感器的缺点是对气体的选择性相对较差,容易受到环境因素如湿度、温度等的干扰,并且长期稳定性可能不如其他类型。
(四)红外吸收式
对于许多有机有毒气体,如挥发性有机化合物(VOCs),红外吸收原理非常有效。不同气体分子对特定波长的红外光有特殊的吸收特性。探测器发出特定波长的红外光,当气体存在于光路中时,会吸收部分红外光,通过检测透射光的强度变化,根据朗伯 -比尔定律,就可以确定气体的浓度。这种原理的优点是选择性好,不受环境气体的干扰,能够准确地检测特定气体,而且可以检测多种气体成分。