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报警器检定、校准中的气体浓度%LEL、%VOL、PPM 和 mg/m³单位换算

发布时间：2026-01-06  作者：小编  浏览次数：

气体浓度%LEL、%VOL、PPM 和 mg/m³ 换算

在工业安全、环境监测和在线分析仪表中，%LEL、%VOL、PPM 和 mg/m³ 是常见的气体浓度单位。理解它们的含义并掌握相互间的换算方法，对正确解读仪表读数、评估风险至关重要。

一、常用单位详解

1.1 %LEL（爆炸下限百分比）

  • 含义
    ：指可燃气体在空气中能够发生爆炸的最低体积浓度的百分比。
  • 用途
    ：专门用于可燃气体（如氢气、甲烷、丙烷等）的监测。
  • 关键概念
    ：每种可燃气体的爆炸下限（LEL）是一个固定值。当空气中该气体浓度达到其爆炸下限时，即为 100%LEL。
  • 安全阈值
    ：通常警报设定在 20%LEL（一级警报）和 50%LEL（二级警报）。

  • 1.2 %VOL（体积百分比）

  • 含义
    ：气体在混合气体中所占的体积百分比。
  • 用途
    ：用于描述浓度较高的气体，如 O2（氧气）、CO2（二氧化碳）、N2（氮气）等。
  • 换算基准
    ：1%VOL = 10,000 ppm。

  • 1.3 PPM（百万分之一）

  • 含义
    ：按体积计，一百万份混合气体中某种气体的份数。
  • 用途
    ：常用于测量低浓度有毒有害气体，如 H2S（硫化氢）、CO（一氧化碳）、NH3（氨气）等。
  • 特点
    ：无量纲单位。

  • 1.4 mg/m³（毫克每立方米）

  • 含义
    ：单位体积空气中某种气体的质量。
  • 用途
    ：环保、职业卫生领域常用，用于表示大气污染物或工作场所中有害物质的浓度。
  • 特点
    ：受温度和压力影响，因为气体的体积会随温压变化。

  • 二、气体参数扩展表

  • 2.1 常见可燃气体爆炸下限（LEL）表

  • 气体名称
    化学式
    分子量 (g/mol)
    爆炸下限 (LEL, %VOL)
    爆炸上限 (UEL, %VOL)
    氢气
    H2
    2.016
    4.0%
    75.6%
    一氧化碳
    CO
    28.01
    12.5%
    74.2%
    甲烷
    CH4
    16.04
    5.0%
    15.0%
    乙烷
    C2H6
    30.07
    3.0%
    12.4%
    丙烷
    C3H8
    44.10
    2.1%
    9.5%
    正丁烷
    C4H10
    58.12
    1.8%
    8.4%
    乙烯
    C2H4
    28.05
    2.7%
    36.0%
    丙烯
    C3H6
    42.08
    2.0%
    11.1%
    乙炔
    C2H2
    26.04
    2.5%
    82.0%
    苯
    C6H6
    78.11
    1.2%
    8.0%
    甲苯
    C7H8
    92.14
    1.1%
    7.1%
    甲醇
    CH3OH
    32.04
    6.0%
    36.5%
    乙醇
    C2H5OH
    46.07
    3.3%
    19.0%
    丙酮
    C3H6O
    58.08
    2.5%
    12.8%
    氨气
    NH3
    17.03
    15.0%
    28.0%
    硫化氢
    H2S
    34.08
    4.3%
    46.0%

  • 2.2 常见有毒气体职业接触限值

    图片
  • 气体名称
    化学式
    分子量 (g/mol)
    PC-TWA (mg/m³)
    IDLH (ppm)
    一氧化碳
    CO
    28.01
    20
    1500
    硫化氢
    H2S
    34.08
    10
    100
    氨气
    NH3
    17.03
    20
    300
    氯气
    Cl2
    70.91
    1
    10
    氯化氢
    HCl
    36.46
    7.5
    50
    氟化氢
    HF
    20.01
    2
    30
    二氧化硫
    SO2
    64.06
    5
    100
    二氧化氮
    NO2
    46.01
    5
    20
    苯
    C6H6
    78.11
    3
    500
    甲醛
    CH2O
    30.03
    0.5
    20

  • 三、单位换算详解与计算举例

  • 3.1 %LEL 与 %VOL 的换算

  • 核心公式：

  • %VOL = (%LEL ÷ 100) × LEL值(%VOL)

  • 举例：计算甲烷的浓度

  • 已知甲烷的爆炸下限（LEL）为 5.0%VOL。
  • 这意味着：100%LEL = 5.0%VOL。
  • 那么，1%LEL = 5.0%VOL ÷ 100 = 0.05%VOL。
  • 计算
    ：若仪表显示甲烷浓度为 20%LEL，其对应的%VOL浓度为：
    20%LEL = 20 × 0.05%VOL = 1.0%VOL

  • 快速换算表（常见气体）：

  • 气体
    爆炸下限 (LEL, %VOL)
    1%LEL 对应的 %VOL
    甲烷 (CH4)
    5.0%
    0.05%VOL
    氢气 (H2)
    4.0%
    0.04%VOL
    丙烷 (C3H8)
    2.1%
    0.021%VOL
    一氧化碳 (CO)
    12.5%
    0.125%VOL

  • 3.2 %VOL 与 PPM 的换算

  • 核心公式：

  • 1%VOL = 10,000 ppm
    1 ppm = 0.0001%VOL

  • 举例：

  • 2.5%VOL 的 CO2 是多少 ppm？
    2.5%VOL = 2.5 × 10,000 = 25,000 ppm
  • 50 ppm 的 H2S 是多少 %VOL？
    50 ppm = 50 × 0.0001 = 0.005%VOL

  • 3.3 PPM 与 %LEL 的换算

  • 换算路径：PPM → %VOL → %LEL

  • 核心公式：

  • %LEL = (PPM ÷ 10,000) ÷ LEL值(%VOL) × 100

  • 举例：已知氢气浓度为 800 ppm，求其%LEL

  • 氢气的 LEL = 4.0%VOL。
  • 先将 800 ppm 转为 %VOL：
    800 ppm = 800 ÷ 10,000 = 0.08%VOL
  • 再计算 %LEL：
    %LEL = (0.08%VOL ÷ 4.0%VOL) × 100 = 2.0%LEL

  • 3.4 mg/m³ 与 PPM 的换算（重点与难点）

  • 核心公式：

  • mg/m³ = (PPM × M) ÷ 22.4 × (273.15 ÷ (273.15 + T)) × (P ÷ 101325)

  • 公式解析：

  • M
    ：气体分子量（g/mol）
  • T
    ：环境温度（℃）
  • P
    ：环境压力（Pa）
  • 22.4 L/mol
    ：理想气体在标准状态（0℃， 101.325 kPa）下的摩尔体积。

  • 简化计算（标准状态）：

  • 在标准状态（0℃， 101.325 kPa）下，公式简化为：

  • mg/m³ = PPM × (M ÷ 22.4)

  • 举例1：标准状态下换算

  • 已知一氧化碳（CO，分子量28）浓度为 50 ppm，求其 mg/m³。
    mg/m³ = 50 × (28 ÷ 22.4) = 50 × 1.25 = 62.5 mg/m³

  • 举例2：非标准状态下换算

  • 已知在 25℃、一个标准大气压（101325 Pa） 下，二氧化硫（SO2，分子量64）浓度为 10 ppm，求其 mg/m³。

  • 使用完整公式：
    mg/m³ = (10 × 64) ÷ 22.4 × (273.15 ÷ (273.15 + 25)) × (101325 ÷ 101325)
  • 计算步骤：
    • (10 × 64) ÷ 22.4 = 640 ÷ 22.4 ≈ 28.57
    • 273.15 ÷ 298.15 ≈ 0.916
    • 28.57 × 0.916 × 1 ≈ 26.17 mg/m³

  • 重要提醒：从 mg/m³ 反推 PPM 时，使用公式的逆运算即可。现场监测时，如果温压与标准状态差异大，必须进行温压补偿，否则数据会产生偏差。

  • 四、综合应用与常见术语

  • 4.1 实际场景应用

  • 假设某化工厂监测点显示：

  • 甲烷：15%LEL
  • 氧气：20.5%VOL
  • 一氧化碳：35 ppm
  • 硫化氢：5.5 mg/m³（温度30℃）

  • 问题：判断各数值含义及风险。

  • 甲烷 15%LEL
    ：远低于一级报警值（通常20%LEL），目前安全。
  • 氧气 20.5%VOL
    ：在正常空气含氧量（约20.9%）附近，安全。
  • 一氧化碳 35 ppm
    ：需对照国家标准（如8小时加权平均容许浓度PC-TWA为20 mg/m³），换算为 mg/m³ 后评估。
  • 硫化氢 5.5 mg/m³
    ：需换算为 ppm 并与职业接触限值（如10 ppm）比较。

  • 4.2 关键术语解释

  • 灵敏度
    ：仪表对气体浓度微小变化的反应能力。
  • 检测精度
    ：仪表读数值与气体真实浓度的接近程度。
  • 报警精度
    ：实际报警触发浓度与设定报警值之间的偏差。
  • 重复性
    ：在相同条件下多次测量同一浓度气体，结果的一致性。
  • 响应时间（T90）
    ：从气体接触传感器到显示值达到真实浓度90%所需的时间，是衡量仪表反应速度的关键指标。

  • 总结与要点

  • 明确单位用途
    ：%LEL用于可燃气体，%VOL用于高浓度气体，PPM用于有毒气体，mg/m³用于环保质量浓度。
  • 牢记关键换算
    ：
    • 1%VOL = 10,000 ppm
    • %VOL = (%LEL / 100) × LEL值
    • mg/m³与PPM的换算需考虑分子量、温度和压力。
  • 查阅物性参数
    ：进行换算前，务必查清气体的爆炸下限（LEL）和分子量（M）。
  • 注意环境条件
    ：特别是进行mg/m³与PPM换算时，非标准状态必须进行温压补偿。

  • 掌握这些单位的含义和换算，能够帮助您更准确地进行安全评估、环境监测和仪表数据解读，为安全生产和环境保护提供可靠的数据支持。

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