Explicați în detaliu principiul de detectare a detectorilor de gaz
Un detector de gaz este un instrument special conceput pentru detectarea concentrației sigure a gazelor. Principiul său de funcționare implică în principal transformarea semnalelor fizice sau chimice neelectrice colectate de senzorii de gaz în semnale electrice, iar apoi rectificarea și filtrarea semnalelor electrice de mai sus prin circuite externe. Semnalele procesate sunt apoi controlate de modulele corespunzătoare pentru a realiza detectarea gazului. Cu toate acestea, miezul unui detector de gaz este o componentă de senzor încorporată, care distinge principiile tehnologiei de detectare pe baza diferitelor gaze detectate. Principiile sale sunt împărțite în principal în următoarele șase categorii:
1) Principiul arderii catalitice:
Senzorul de ardere catalitică utilizează principiul efectului termic al arderii catalitice, constând dintr-o punte de măsurare formată din împerecherea elementelor de detectare și a elementelor de compensare. În anumite condiții de temperatură, gazul combustibil suferă ardere fără flacără pe suprafața purtătorului elementului de detectare și sub acțiunea catalizatorului. Temperatura purtătorului crește, iar rezistența firului de platină din interiorul acestuia crește, de asemenea, în consecință, determinând pierderea echilibrului podului de echilibru și emitând un semnal electric proporțional cu concentrația de gaz combustibil, prin măsurarea mărimii modificării rezistenței firului de platină, se poate determina concentraţia gazelor combustibile.
Folosit în principal pentru detectarea gazelor combustibile, cu liniaritate bună a semnalului de ieșire, indice fiabil, preț accesibil și fără infecție încrucișată cu alte gaze necombustibile.
2) Principiul infraroșu:
Un senzor infraroșu trece continuu gazul care trebuie măsurat printr-un recipient de o anumită lungime și volum și emite un fascicul de lumină infraroșu de la una dintre cele două fețe transparente ale recipientului. Când lungimea de undă a senzorului infraroșu coincide cu spectrul de absorbție al gazului măsurat, energia infraroșie este absorbită, iar atenuarea intensității luminii infraroșii care trece prin gazul măsurat îndeplinește legea lui Lambert Beer. Cu cât concentrația de gaz este mai mare, cu atât este mai mare atenuarea luminii. În acest moment, absorbția luminii infraroșii este direct proporțională cu concentrația materialului absorbant și astfel concentrația de gaz poate fi măsurată prin măsurarea atenuării luminii infraroșii de către gaz.
Durată lungă de viață (3 până la 5 ani de viață), sensibilitate ridicată, stabilitate bună și lipsă de toxicitate, interferență mai mică din mediu și fără dependență de oxigen. Senzorii de gaz cu infraroșu au o sensibilitate mare de monitorizare și pot distinge cu exactitate chiar și urme de cantități de PPB sau concentrații scăzute de gaze de calitate PPM. Intervalul de măsurare este larg și, în general, poate analiza gaz de concentrație ridicată 100% VOL, precum și analiza nivel de concentrație scăzută de 1ppb.
3) Principii electrochimice:
Senzorii electrochimici constau de obicei din trei părți: electrozi, electroliți și electrozi semiconductori, care sunt componentele de bază ale senzorului. Sunt fabricate din metal sau materiale semiconductoare și pot reacționa chimic cu moleculele de gaz. Electrolitul este un lichid conductiv care poate conecta electrozii cu semiconductori pentru a forma un circuit complet. Semiconductorul este un material special care poate converti semnalul curent dintre electrod și electrolit într-un semnal digital, realizând astfel detectarea concentrației de gaz.
Principiul de funcționare al senzorilor electrochimici de gaz se bazează pe reacții redox. Când moleculele de gaz intră în contact cu suprafața electrodului, ele suferă o reacție de oxidare-reducere, generând un semnal de curent. Acest semnal de curent poate fi transmis la semiconductor printr-un electrolit și apoi transformat într-un semnal digital. Mărimea semnalului digital este direct proporțională cu concentrația de gaz, astfel încât concentrația de gaz poate fi determinată prin măsurarea mărimii semnalului digital.
Folosit în principal pentru detectarea gazelor toxice, cu sensibilitate ridicată, viteză de răspuns rapidă, fiabilitate bună și durată lungă de viață. Poate detecta diferite gaze, cum ar fi monoxid de carbon, dioxid de carbon, oxigen, azot etc. Are aplicații extinse în industrii, asistență medicală, protecția mediului și alte domenii.
4) Principiul fotoionizării PID:
Principiul PID este că gazele organice se vor ioniza sub excitarea unei surse de lumină UV. PID folosește o lampă UV (ultravioletă), iar materia organică ionizează sub excitarea lămpii UV. „Fragmentele” ionizate poartă sarcini pozitive și negative, rezultând un curent electric între cei doi electrozi. Detectorul amplifică curentul și afișează concentrația de gaz COV prin instrumente și echipamente.
Folosit în principal pentru monitorizarea industriei de rafinare, tratarea de urgență a scurgerilor de substanțe chimice periculoase, definirea zonelor periculoase pentru scurgeri, monitorizarea siguranței stațiilor rezervoarelor de petrol și monitorizarea eficienței de purificare a descărcării de materie organică.
5) Principiul conductivității termice:
Analiza concentrației gazului măsurat se realizează în principal prin măsurarea modificării conductibilității termice a gazului amestecat. De obicei, diferența de conductivitate termică a unui senzor de gaz este transformată într-o schimbare a rezistenței printr-un circuit. Metoda tradițională de detectare este de a trimite gazul care urmează să fie testat într-o cameră de gaz, unde centrul camerei de gaz este un element termosensibil, cum ar fi un rezistor termosensibil, sârmă de platină sau sârmă de tungsten. Când este încălzit la o anumită temperatură, modificarea conductibilității termice a gazului amestecat este transformată într-o modificare a rezistenței elementului termosensibil. Modificarea valorii rezistenței este relativ ușor de măsurat cu precizie.
6) Principii semiconductoare:
Senzorii de gaz semiconductor sunt fabricați prin utilizarea reacției de oxidare-reducere a gazului de pe suprafața semiconductorilor pentru a provoca modificări ale valorii rezistenței componentelor sensibile. Când un dispozitiv semiconductor este încălzit într-o stare stabilă și este adsorbit la contactul cu gazul cu suprafața semiconductorului, moleculele adsorbite difuzează mai întâi liber pe suprafața obiectului, pierzându-și energia cinetică. Unele molecule sunt evaporate, în timp ce moleculele rămase suferă descompunere termică și adsorbție pe suprafața obiectului. Când funcția de lucru a unui semiconductor este mai mică decât afinitatea moleculei adsorbite, molecula adsorbită va lua electroni din dispozitiv și va deveni o adsorbție de ioni negativi, prezentând un strat de sarcină pe suprafața semiconductorului.
