Wyjaśnij szczegółowo zasadę wykrywania detektorów gazu
Detektor gazu to przyrząd zaprojektowany specjalnie do wykrywania bezpiecznego stężenia gazów. Jego zasada działania polega głównie na przetwarzaniu fizycznych lub chemicznych sygnałów nieelektrycznych zbieranych przez czujniki gazu na sygnały elektryczne, a następnie prostowaniu i filtrowaniu powyższych sygnałów elektrycznych przez obwody zewnętrzne. Przetworzone sygnały są następnie kontrolowane przez odpowiednie moduły w celu wykrycia gazu. Jednakże rdzeniem detektora gazu jest wbudowany element czujnika, który rozróżnia zasady technologii detekcji w oparciu o różne wykrywane gazy. Jego zasady są podzielone głównie na sześć następujących kategorii:
1) Zasada spalania katalitycznego:
Katalityczny czujnik spalania wykorzystuje zasadę efektu cieplnego spalania katalitycznego, składającą się z mostka pomiarowego utworzonego przez sparowanie elementów detekcyjnych i elementów kompensacyjnych. W określonych warunkach temperaturowych gaz palny ulega bezpłomieniowemu spalaniu na powierzchni nośnika elementu detekcyjnego i pod działaniem katalizatora. Temperatura nośnika wzrasta, a rezystancja drutu platynowego w jego wnętrzu również odpowiednio wzrasta, powodując utratę równowagi mostka równoważącego i wytwarzanie sygnału elektrycznego proporcjonalnego do stężenia gazu palnego. Mierząc wielkość zmiany rezystancji drutu platynowego, mierząc wielkość zmiany rezystancji drutu platynowego, można określić stężenie gazów palnych.
Stosowany głównie do wykrywania gazów palnych, z dobrą liniowością sygnału wyjściowego, niezawodnym indeksem, przystępną ceną i brakiem infekcji krzyżowych z innymi niepalnymi gazami.
2) Zasada podczerwieni:
Czujnik podczerwieni w sposób ciągły przepuszcza mierzony gaz przez pojemnik o określonej długości i objętości i emituje wiązkę światła podczerwonego z jednej z dwóch przezroczystych ścian końcowych pojemnika. Kiedy długość fali czujnika podczerwieni pokrywa się z widmem absorpcji mierzonego gazu, energia podczerwieni jest pochłaniana, a intensywność tłumienia światła podczerwonego przechodzącego przez mierzony gaz spełnia prawo Lamberta Beera. Im wyższe stężenie gazu, tym większe tłumienie światła. W tym momencie absorpcja światła podczerwonego jest wprost proporcjonalna do stężenia materiału pochłaniającego, a zatem stężenie gazu można zmierzyć mierząc tłumienie światła podczerwonego przez gaz.
Długa żywotność (3 do 5 lat żywotności), wysoka czułość, dobra stabilność i brak toksyczności, mniej zakłóceń ze strony środowiska i brak zależności od tlenu. Czujniki gazu na podczerwień charakteryzują się wysoką czułością monitorowania i mogą dokładnie rozróżnić nawet śladowe ilości PPB lub niskie stężenia gazów klasy PPM. Zakres pomiarowy jest szeroki i ogólnie może analizować gaz o wysokim stężeniu 100% VOL, a także analizować analizę niskiego stężenia na poziomie 1ppb.
3) Zasady elektrochemiczne:
Czujniki elektrochemiczne składają się zazwyczaj z trzech części: elektrod, elektrolitów i elektrod półprzewodnikowych, które stanowią podstawowe elementy czujnika. Są wykonane z metalu lub materiałów półprzewodnikowych i mogą reagować chemicznie z cząsteczkami gazu. Elektrolit to przewodząca ciecz, która może łączyć elektrody z półprzewodnikami, tworząc kompletny obwód. Półprzewodnik to specjalny materiał, który może przekształcić sygnał prądowy pomiędzy elektrodą a elektrolitem na sygnał cyfrowy, umożliwiając w ten sposób wykrywanie stężenia gazu.
Zasada działania elektrochemicznych czujników gazu opiera się na reakcjach redoks. Kiedy cząsteczki gazu stykają się z powierzchnią elektrody, ulegają reakcji utleniania i redukcji, generując sygnał prądowy. Ten sygnał prądowy może być przesyłany do półprzewodnika przez elektrolit, a następnie przekształcany na sygnał cyfrowy. Rozmiar sygnału cyfrowego jest wprost proporcjonalny do stężenia gazu, zatem stężenie gazu można określić mierząc wielkość sygnału cyfrowego.
Stosowany głównie do wykrywania toksycznych gazów, o wysokiej czułości, szybkiej reakcji, dobrej niezawodności i długiej żywotności. Może wykrywać różne gazy, takie jak tlenek węgla, dwutlenek węgla, tlen, azot itp. Ma szerokie zastosowanie w przemyśle, służbie zdrowia, ochronie środowiska i innych dziedzinach.
4) Zasada fotojonizacji PID:
Zasada PID polega na tym, że gazy organiczne ulegają jonizacji pod wpływem wzbudzenia źródła światła UV. PID wykorzystuje lampę UV (ultrafioletową), a materia organiczna jonizuje pod wpływem wzbudzenia lampy UV. Zjonizowane „fragmenty” przenoszą ładunki dodatnie i ujemne, co powoduje przepływ prądu elektrycznego pomiędzy dwiema elektrodami. Detektor wzmacnia prąd i wyświetla stężenie gazów LZO za pomocą przyrządów i sprzętu.
Stosowany głównie do monitorowania przemysłu rafineryjnego, awaryjnego postępowania z wyciekami niebezpiecznych substancji chemicznych, określania obszarów niebezpiecznych pod kątem wycieków, monitorowania bezpieczeństwa stacji zbiorników ropy naftowej i monitorowania wydajności oczyszczania zrzutów materii organicznej.
5) Zasada przewodności cieplnej:
Analizę stężenia mierzonego gazu osiąga się głównie poprzez pomiar zmiany przewodności cieplnej mieszanego gazu. Zwykle różnica w przewodności cieplnej czujnika gazu przekształcana jest w obwód w zmianę rezystancji. Tradycyjna metoda wykrywania polega na przesłaniu badanego gazu do komory gazowej, której środkiem jest element termoczuły, taki jak rezystor termoczuły, drut platynowy lub drut wolframowy. Po podgrzaniu do określonej temperatury zmiana przewodności cieplnej mieszanego gazu przekształca się w zmianę rezystancji elementu termoczułego. Zmiana wartości rezystancji jest stosunkowo łatwa do dokładnego zmierzenia.
6) Zasady dotyczące półprzewodników:
Półprzewodnikowe czujniki gazu powstają w oparciu o reakcję utleniania i redukcji gazu na powierzchni półprzewodników, powodującą zmiany wartości rezystancji wrażliwych elementów. Kiedy urządzenie półprzewodnikowe zostanie nagrzane do stabilnego stanu i zostanie zaadsorbowane w wyniku kontaktu gazu z powierzchnią półprzewodnika, zaadsorbowane cząsteczki najpierw swobodnie dyfundują na powierzchni obiektu, tracąc swoją energię kinetyczną. Część cząsteczek ulega odparowaniu, natomiast pozostałe ulegają rozkładowi termicznemu i adsorpcji na powierzchni przedmiotu. Gdy funkcja pracy półprzewodnika jest mniejsza niż powinowactwo zaadsorbowanej cząsteczki, zaadsorbowana cząsteczka odbierze elektrony z urządzenia i stanie się adsorpcją jonów ujemnych, tworząc warstwę ładunku na powierzchni półprzewodnika.
