Tipovi gasnih senzora i njihova primena u opremi za detekciju i nadzor gasa
Razvojem petrohemijske industrije povećani su tipovi i područja primjene zapaljivih, eksplozivnih i otrovnih plinova. Kada ovi gasovi iscure tokom proizvodnje, transporta i upotrebe, to će izazvati trovanje, požar, pa čak i eksplozije, ozbiljno ugrožavajući živote ljudi i bezbednost imovine. Zbog difuzibilnosti samog plina, nakon curenja, plin će difundirati duž površine tla pod djelovanjem vanjske sile vjetra i unutrašnjeg gradijenta koncentracije, stvarajući eksploziju sagorijevanja ili otrovnu opasnu zonu na mjestu nesreće i šireći opasnom području.
Jednom kada dođe do nesreće zbog curenja gasa, odgovarajuće mjere se moraju poduzeti što je prije moguće kako bi se gubitak u slučaju nesreće minimizirao. Pravovremeno i pouzdano otkrivanje sadržaja određenih gasova u vazduhu, pravovremene i efikasne mere sanacije i ispravne metode zbrinjavanja u cilju smanjenja akcidenata izazvanih curenjem neophodni su uslovi za izbegavanje veće imovine i žrtava. Ovo postavlja veće zahtjeve za opremu za detekciju i nadzor plina. Kao važan detektor gasa, gasni senzor je uveliko razvijen poslednjih godina. Razvoj plinskog senzora čini njegovu primjenu sve opsežnijom.
Pregled senzora gasa
Strane zemlje su počele da istražuju i razvijaju gasne senzore 1930-ih. U prošlosti su se senzori za gas uglavnom koristili za detekciju i alarmiranje ugljenog gasa, tečnog naftnog gasa, prirodnog gasa i gasa u rudnicima. Trenutno su se vrste gasova koje je potrebno detektovati proširile sa originalnih redukcionih gasova (H2, C4H10, CH4) na toksične gasove (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Postoji mnogo vrsta gasnih senzora. Prema različitim materijalima koji osjete gas i korišćenim karakteristikama senzora gasa, može se podeliti na tip poluprovodnika, tip čvrstog elektrolita, elektrohemijski tip, tip kontaktnog sagorevanja, tip polimera itd.
Poluprovodnički senzor za gas
Ovaj senzor uglavnom koristi poluvodičke materijale osjetljive na plin. Otkako je 1962. godine izašao poluvodički senzor za gas od metalnog oksida, on se široko koristi zbog svoje prednosti visoke osjetljivosti i brzog odziva, te je postao jedan od najvećih i najčešće korištenih senzora na svijetu. U skladu sa različitim načinima detekcije karakteristične veličine senzora gasa, ona se deli na dva tipa: otporni tip i neotporni tip.
Otporni poluprovodnički senzor za gas radi tako što detektuje promenu gasnog senzora sa sadržajem gasa. Uglavnom se koriste metalni oksid keramički materijali osjetljivi na plin. Istraživanjem i razvojem novih materijala kao što su kompozitni metalni oksidi i miješani metalni oksidi u posljednjih nekoliko godina, karakteristike i opseg primjene ovog senzora plina su znatno poboljšani. Na primjer: senzor plina WO3 može otkriti raspon koncentracije NH3 od 5ppm do 50ppm, senzor plina ZnO-CuO je vrlo osjetljiv na 200ppm CO.
Neotporni poluprovodnički senzori za gas rade na principu da se struja ili napon gasnog senzora menja sa sadržajem gasa. Uglavnom postoje MOS diode tipa i spojne diode, te plinski senzor tipa cijevi s efektom polja. Većina gasova za detekciju su zapaljivi gasovi kao što su vodonik i silan.
Senzor plina čvrstog elektrolita
Senzori gasa sa čvrstim elektrolitom koriste materijale koji osete čvrsti elektrolit kao elemente za detekciju gasa. Princip je da materijal osjetljiv na plin stvara ione prilikom prolaska kroz plin, formirajući tako elektromotornu silu i mjereći elektromotornu silu za mjerenje koncentracije plina. Zbog visoke provodljivosti, dobre osjetljivosti i selektivnosti ovog senzora, naišao je na široku primjenu, te je ušao u gotovo sva područja petrohemije, zaštite okoliša, rudarstva itd., odmah iza poluvodičkih plinskih senzora metalnih oksida. Na primjer, YST-Au-WO3 za mjerenje H2S, NH plus 4CaCO3 za mjerenje NH3, itd.
Kontaktirajte senzor gasa za sagorevanje
Može se podijeliti na tip sagorijevanja s direktnim kontaktom i tip sagorijevanja s katalitičkim kontaktom. Njegov princip rada je: kada je materijal osjetljiv na plin pod naponom, zapaljivi plin se oksidira i sagorijeva pod djelovanjem katalizatora, a stvorena toplina zagrijava grijaću žicu, mijenjajući na taj način vrijednost njenog otpora i mjereći promjenu otpora. za mjerenje koncentracije plina. Ovaj senzor može mjeriti samo zapaljive plinove i neosjetljiv je na nezapaljive plinove. Na primjer, senzori napravljeni nanošenjem aktivnih katalizatora Rh i Pd na Pt žicu imaju karakteristike širokog spektra, odnosno mogu detektirati različite zapaljive plinove. Kontaktni senzor gasa za sagorevanje je veoma stabilan na temperaturi okoline i može detektovati većinu zapaljivih gasova sa donjom granicom eksplozije. Široko se koristi u praćenju i alarmiranju zapaljivih gasova u petrohemijskim postrojenjima, brodogradilištima, rudarskim tunelima, kupatilima, kuhinjama itd.
Senzor za polimerni gas
Plinski senzori koji koriste polimerne materijale za senzore plina uvelike su razvijeni posljednjih godina. Kada polimerni materijal koji osjeti plin naiđe na određeni plin, njegova fizička svojstva kao što su otpornost, dielektrična konstanta, brzina i frekvencija prostiranja akustičnog talasa na površini materijala i težina materijala će se promijeniti. Tu su uglavnom ftalocijaninski polimeri, LB film, fenilcijanin acetilen, polivinil alkohol-fosforna kiselina, poliizobutilen, aminoundecil silan, itd. Polimerni materijali koji osete gas igraju važnu ulogu u detekciji toksičnih gasova i svežine hrane zbog lakoće rada, jednostavan proces, dobra selektivnost na sobnoj temperaturi, niska cijena i laka kombinacija sa mikrostrukturnim senzorima i uređajima za površinske akustične valove. Prema svojstvima korišćenih materijala koji detektuju gas, ovaj tip senzora se može podeliti na: polimerne otporne gasne senzore koji mere koncentraciju gasa merenjem otpornosti materijala koji detektuju gas; senzori plina tipa koncentracijske baterije koji mjere elektromotornu silu za određivanje koncentracije plina formiranjem koncentracijske ćelije kada materijal koji osjeti plin apsorbira plin; senzori za gas površinskih akustičkih talasa koji su napravljeni na osnovu principa da se brzina širenja ili frekvencija zvučnih talasa na površini materijala menja nakon što polimer koji detektuje gas apsorbuje gas; Senzor polimernog plina ima visoku osjetljivost na specifične molekule plina, dobru selektivnost, jednostavnu strukturu, može se koristiti na normalnoj temperaturi i može dopuniti nedostatke drugih senzora plina.
