Rodzaje czujników gazu i ich zastosowanie w sprzęcie do wykrywania i monitorowania gazów
Wraz z rozwojem przemysłu petrochemicznego zwiększyły się rodzaje i zakresy zastosowań gazów palnych, wybuchowych i toksycznych. Wyciek tych gazów podczas produkcji, transportu i użytkowania może spowodować zatrucie, pożar, a nawet eksplozję, poważnie zagrażając życiu ludzi i bezpieczeństwu mienia. Ze względu na dyfuzyjność samego gazu, po wystąpieniu wycieku, pod wpływem zewnętrznej siły wiatru i wewnętrznego gradientu stężeń będzie on dyfundował po powierzchni gruntu, tworząc w miejscu wypadku eksplozję spalania lub strefę zagrożenia trucizną i rozszerzając obszar niebezpieczny.
Gdy dojdzie do wypadku związanego z wyciekiem gazu, należy jak najszybciej podjąć odpowiednie środki, aby zminimalizować straty w wyniku wypadku. Terminowe i niezawodne wykrywanie zawartości niektórych gazów w powietrzu, terminowe i skuteczne środki zaradcze oraz prawidłowe metody usuwania w celu ograniczenia wypadków spowodowanych wyciekami to warunki niezbędne do uniknięcia poważnych szkód i ofiar. Stawia to wyższe wymagania dotyczące sprzętu do wykrywania i monitorowania gazów. Jako ważny detektor gazu, czujnik gazu został w ostatnich latach znacznie rozwinięty. Rozwój czujnika gazu sprawia, że jego zastosowanie staje się coraz szersze.
Przegląd czujnika gazu
Zagraniczne kraje rozpoczęły badania i rozwój czujników gazu w latach trzydziestych XX wieku. W przeszłości czujniki gazu były używane głównie do wykrywania i alarmowania gazu węglowego, gazu płynnego, gazu ziemnego i gazu w kopalniach. Obecnie zakres gazów wymagających detekcji rozszerzył się z pierwotnych gazów redukujących (H2, C4H10, CH4) na gazy toksyczne (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Istnieje wiele rodzajów czujników gazu. W zależności od różnych materiałów wykrywających gaz i zastosowanych właściwości wykrywających gaz, można je podzielić na typ półprzewodnikowy, typ stałego elektrolitu, typ elektrochemiczny, typ spalania kontaktowego, typ polimeru itp.
Półprzewodnikowy czujnik gazu
Czujnik ten wykorzystuje głównie materiały półprzewodnikowe wrażliwe na gaz. Od czasu wprowadzenia na rynek w 1962 roku półprzewodnikowego czujnika gazu z tlenkiem metalu, jest on szeroko stosowany ze względu na zalety, takie jak wysoka czułość i szybka reakcja, i stał się jednym z największych i najczęściej używanych czujników na świecie. Zgodnie z różnymi sposobami wykrywania wielkości charakterystycznej wykrywającej gaz, dzieli się ją na dwa typy: typ rezystancyjny i typ nierezystancyjny.
Rezystancyjny półprzewodnikowy czujnik gazu działa poprzez wykrywanie zmiany czujnika gazu w zależności od zawartości gazu. Stosowane są głównie materiały ceramiczne wrażliwe na gaz z tlenku metalu. Dzięki badaniom i rozwojowi nowych materiałów, takich jak kompozytowe tlenki metali i mieszane tlenki metali, prowadzonych w ostatnich latach, znacznie poprawiono właściwości i zakres zastosowań tego czujnika gazu. Na przykład: czujnik gazu WO3 może wykryć zakres stężeń NH3 od 5 ppm do 50 ppm, czujnik gazu ZnO-CuO jest bardzo czuły na 200 ppm CO.
Nierezystancyjne półprzewodnikowe czujniki gazu działają na zasadzie zmiany prądu lub napięcia czujnika gazu w zależności od zawartości gazu. Są to głównie diody MOS i diody połączeniowe oraz czujniki gazu z lampą polową. Większość gazów detekcyjnych to gazy palne, takie jak wodór i silan.
Czujnik gazu stałego elektrolitu
Czujniki gazu ze stałym elektrolitem wykorzystują materiały wykrywające gaz ze stałym elektrolitem jako elementy wykrywające gaz. Zasada jest taka, że materiał wrażliwy na gaz generuje jony podczas przechodzenia przez gaz, tworząc w ten sposób siłę elektromotoryczną i mierząc siłę elektromotoryczną w celu pomiaru stężenia gazu. Ze względu na wysoką przewodność, dobrą czułość i selektywność tego czujnika, jest on szeroko stosowany i wszedł do prawie wszystkich dziedzin petrochemii, ochrony środowiska, górnictwa itp., ustępując jedynie półprzewodnikowym czujnikom gazów z tlenkiem metalu. Na przykład YST-Au-WO3 do pomiaru H2S, NH plus 4CaCO3 do pomiaru NH3 itp.
Skontaktować się z czujnikiem gazów spalinowych
Można go podzielić na typ spalania z bezpośrednim kontaktem i typ spalania z kontaktem katalitycznym. Jego zasada działania polega na tym, że gdy materiał wrażliwy na gaz jest zasilany, palny gaz utlenia się i spala pod działaniem katalizatora, a wytworzone ciepło nagrzewa drut grzejny, zmieniając w ten sposób jego wartość rezystancji i mierząc zmianę rezystancji do pomiaru stężenia gazu. Czujnik ten może mierzyć wyłącznie gazy palne i jest niewrażliwy na gazy niepalne. Na przykład czujniki wykonane przez nałożenie aktywnych katalizatorów Rh i Pd na drut Pt mają charakterystykę szerokiego spektrum, to znaczy mogą wykrywać różne gazy palne. Kontaktowy czujnik gazów spalinowych jest bardzo stabilny w temperaturze otoczenia i może wykryć większość gazów palnych o dolnej granicy wybuchowości. Znajduje szerokie zastosowanie w monitorowaniu i alarmowaniu gazów palnych w zakładach petrochemicznych, stoczniach, tunelach kopalnianych, łazienkach, kuchniach itp.
Polimerowy czujnik gazu
W ostatnich latach znacznie rozwinięto czujniki gazu wykorzystujące polimerowe materiały do wykrywania gazu. Kiedy polimerowy materiał wykrywający gaz napotka określony gaz, jego właściwości fizyczne, takie jak rezystancja, stała dielektryczna, prędkość i częstotliwość propagacji fali akustycznej na powierzchni materiału oraz masa materiału ulegną zmianie. Są to głównie polimery ftalocyjaninowe, folia LB, acetylen fenylocyjaninowy, alkohol poliwinylowy-kwas fosforowy, poliizobutylen, aminoundecylosilan itp. Polimerowe materiały wykrywające gaz odgrywają ważną rolę w wykrywaniu toksycznych gazów i świeżości żywności ze względu na łatwość obsługi, prosty proces, dobra selektywność w temperaturze pokojowej, niska cena i łatwe połączenie z czujnikami mikrostrukturalnymi i urządzeniami wykorzystującymi powierzchniowe fale akustyczne. Ze względu na właściwości stosowanych materiałów do wykrywania gazu, ten typ czujnika można podzielić na: polimerowe, rezystancyjne czujniki gazu, które mierzą stężenie gazu poprzez pomiar rezystancji materiałów wykrywających gaz; akumulatorowe czujniki gazu do pomiaru stężenia, które mierzą siłę elektromotoryczną w celu określenia stężenia gazu poprzez utworzenie ogniwa koncentracyjnego, gdy materiał wykrywający gaz pochłania gaz; powierzchniowe czujniki gazu z falą akustyczną, które są wykonane w oparciu o zasadę, że prędkość propagacji lub częstotliwość fal dźwiękowych na powierzchni materiału zmienia się po pochłonięciu gazu przez polimer wykrywający gaz; Polimerowy czujnik gazu charakteryzuje się dużą czułością na określone cząsteczki gazu, dobrą selektywnością, prostą budową, może być stosowany w normalnej temperaturze i może uzupełniać braki innych czujników gazu.
