Tipuri de senzori de gaz și aplicațiile acestora în echipamentele de detectare și monitorizare a gazelor
Odată cu dezvoltarea industriei petrochimice, au crescut tipurile și domeniile de aplicare ale gazelor inflamabile, explozive și toxice. Odată ce aceste gaze se scurg în timpul producției, transportului și utilizării, vor cauza otrăvire, incendiu și chiar accidente de explozie, punând în pericol grav viața oamenilor și siguranța proprietății. Datorită difuzibilității gazului în sine, după ce apare o scurgere, gazul va difuza de-a lungul suprafeței solului sub acțiunea forței externe a vântului și a gradientului intern de concentrație, formând o explozie de combustie sau o zonă de pericol otrăvitor la locul accidentului și extinzând zona periculoasa.
Odată ce are loc un accident de scurgere de gaz, măsurile corespunzătoare trebuie luate cât mai curând posibil pentru a minimiza pierderea accidentală. Detectarea în timp util și fiabilă a conținutului anumitor gaze în aer, măsurile de remediere în timp util și eficiente și metodele corecte de eliminare pentru a reduce accidentele cauzate de scurgeri sunt condiții necesare pentru evitarea proprietăților și accidentelor majore. Acest lucru impune cerințe mai mari pentru echipamentele de detectare și monitorizare a gazelor. Ca detector de gaz important, senzorul de gaz a fost foarte dezvoltat în ultimii ani. Dezvoltarea senzorului de gaz face aplicarea acestuia din ce în ce mai extinsă.
Prezentare generală a senzorului de gaz
Țările străine au început să cerceteze și să dezvolte senzori de gaz în anii 1930. În trecut, senzorii de gaz erau utilizați în principal pentru detectarea și alarmarea gazului de cărbune, a gazului petrolier lichefiat, a gazelor naturale și a gazelor din mine. În prezent, tipurile de gaze care trebuie detectate s-au extins de la gazele reducătoare inițiale (H2, C4H10, CH4) la gaze toxice (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Există multe tipuri de senzori de gaz. În funcție de diferitele materiale de detectare a gazului și de caracteristicile de detectare a gazului utilizate, acesta poate fi împărțit în tip de semiconductor, tip de electrolit solid, tip electrochimic, tip de ardere prin contact, tip de polimer etc.
Senzor de gaz semiconductor
Acest senzor folosește în principal materiale semiconductoare sensibile la gaz. De când senzorul de gaz cu oxid de metal cu semiconductor a apărut în 1962, acesta a fost utilizat pe scară largă datorită avantajelor sale de sensibilitate ridicată și răspuns rapid și a devenit unul dintre cei mai mari și mai folosiți senzori din lume. În funcție de diferitele modalități de detectare a mărimii caracteristice de detectare a gazului, aceasta este împărțită în două tipuri: tip rezistiv și tip nerezistiv.
Senzorul de gaz cu semiconductor rezistiv funcționează prin detectarea schimbării senzorului de gaz cu conținutul de gaz. Materialele ceramice cu oxid de metal sensibile la gaz sunt utilizate în principal. Odată cu cercetarea și dezvoltarea de noi materiale, cum ar fi oxizi metalici compoziți și oxizi metalici amestecați în ultimii ani, caracteristicile și domeniul de aplicare al acestui senzor de gaz au fost mult îmbunătățite. De exemplu: senzorul de gaz WO3 poate detecta intervalul de concentrație de NH3 de la 5 ppm la 50 ppm, senzorul de gaz ZnO-CuO este foarte sensibil la 200 ppm CO.
Senzorii de gaz semiconductori nerezistivi funcționează pe principiul că curentul sau tensiunea senzorului de gaz se modifică odată cu conținutul de gaz. Există în principal tip de diodă MOS și tip de diodă de joncțiune și senzor de gaz de tip tub cu efect de câmp. Majoritatea gazelor de detectare sunt gaze combustibile precum hidrogenul și silanul.
Senzor de gaz cu electroliți solidi
Senzorii de gaz cu electroliți solidi folosesc materiale de detectare a gazului cu electroliți solidi ca elemente de detectare a gazului. Principiul este că materialul sensibil la gaz generează ioni atunci când trece prin gaz, formând astfel o forță electromotoare și măsurând forța electromotoare pentru a măsura concentrația gazului. Datorită conductivității ridicate, sensibilității bune și selectivității acestui senzor, acesta a fost utilizat pe scară largă și a intrat în aproape toate domeniile petrochimice, protecția mediului, minerit etc., pe locul doi după senzorii de gaz semiconductor cu oxid metalic. De exemplu, YST-Au-WO3 pentru măsurarea H2S, NH plus 4CaCO3 pentru măsurarea NH3 etc.
Contactați senzorul de gaz de ardere
Poate fi împărțit în tip de ardere prin contact direct și tip de ardere prin contact catalitic. Principiul său de funcționare este: atunci când materialul sensibil la gaz este alimentat, gazul inflamabil este oxidat și ars sub acțiunea unui catalizator, iar căldura generată încălzește firul de încălzire, modificându-i astfel valoarea rezistenței și măsurând schimbarea rezistenței. pentru a măsura concentrația de gaz. Acest senzor poate măsura doar gazele combustibile și este insensibil la gazele incombustibile. De exemplu, senzorii fabricați prin acoperirea catalizatorilor activi Rh și Pd pe firul Pt au caracteristici cu spectru larg, adică pot detecta diferite gaze combustibile. Senzorul de contact pentru gaz de ardere este foarte stabil la temperatura ambiantă și poate detecta majoritatea gazelor inflamabile cu limita inferioară de explozie. Este utilizat pe scară largă în monitorizarea și alarmarea gazelor inflamabile în uzine petrochimice, șantiere navale, tuneluri de mine, băi, bucătării etc.
Senzor de gaz polimeric
Senzorii de gaze care utilizează materiale polimerice de detectare a gazului au fost foarte dezvoltați în ultimii ani. Când materialul de detectare a gazului polimeric întâlnește un anumit gaz, proprietățile sale fizice cum ar fi rezistența, constanta dielectrică, viteza și frecvența de propagare a undelor acustice la suprafața materialului și greutatea materialului se vor modifica. Există în principal polimeri de ftalocianină, film LB, fenilcianin acetilenă, alcool polivinilic-acid fosforic, poliizobutilenă, aminoundecil silan etc. Materialele polimerice care detectează gaze joacă un rol important în detectarea gazelor toxice și a prospețimii alimentelor datorită ușurinței lor de operare, proces simplu, selectivitate bună la temperatura camerei, preț scăzut și combinație ușoară cu senzori cu microstructură și dispozitive cu unde acustice de suprafață. În funcție de proprietățile de detectare a gazului ale materialelor utilizate, acest tip de senzor poate fi împărțit în: senzori de gaz rezistiv polimeric care măsoară concentrația de gaz prin măsurarea rezistenței materialelor de detectare a gazului; senzori de gaz de tip baterie de concentrare care măsoară forța electromotoare pentru a determina concentrația de gaz prin formarea unei celule de concentrare atunci când materialul de detectare a gazului absoarbe gaz; senzori de gaz cu unde acustice de suprafață care sunt realizați pe baza principiului că viteza de propagare sau frecvența undelor sonore pe suprafața materialului se modifică după ce polimerul detector de gaz absoarbe gazul; Senzorul de gaz polimer are sensibilitate ridicată la molecule specifice de gaz, selectivitate bună, structură simplă, poate fi utilizat la temperatură normală și poate suplimenta deficiențele altor senzori de gaz.
