Видове газови сензори и техните приложения в оборудване за откриване и наблюдение на газ
С развитието на нефтохимическата промишленост се увеличиха видовете и диапазоните на приложение на запалими, експлозивни и токсични газове. След като тези газове изтекат по време на производство, транспортиране и употреба, това ще причини отравяне, пожар и дори инциденти с експлозия, сериозно застрашаващи живота на хората и безопасността на имуществото. Поради способността за дифузия на самия газ, след възникване на изтичане, газът ще дифундира по повърхността на земята под действието на външна сила на вятъра и вътрешен концентрационен градиент, образувайки експлозия на горене или опасна отровна зона на мястото на аварията и разширявайки опасна зона.
След като възникне авария с изтичане на газ, трябва да се предприемат съответните мерки възможно най-скоро, за да се минимизират загубите при авария. Навременното и надеждно откриване на съдържанието на определени газове във въздуха, навременните и ефективни коригиращи мерки и правилните методи за обезвреждане за намаляване на авариите, причинени от изтичане, са необходими условия за избягване на големи материални и жертви. Това поставя по-високи изисквания към оборудването за откриване и наблюдение на газ. Като важен детектор за газ, сензорът за газ е силно развит през последните години. Развитието на газовия сензор прави приложението му все по-широко.
Преглед на газовия сензор
Чуждите държави започват да изследват и разработват газови сензори през 30-те години на миналия век. В миналото газовите сензори са били използвани главно за откриване и аларма на въглищен газ, втечнен нефтен газ, природен газ и газ в мини. Понастоящем видовете газове, които трябва да бъдат открити, са се разширили от първоначалните редуциращи газове (H2, C4H10, CH4) до токсични газове (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Има много видове газови сензори. Според използваните различни газочувствителни материали и газочувствителни характеристики, той може да бъде разделен на полупроводников тип, тип твърд електролит, електрохимичен тип, тип контактно горене, тип полимер и др.
Полупроводников газов сензор
Този сензор използва главно полупроводникови материали, чувствителни към газ. Откакто полупроводниковият газов сензор за метален оксид излезе през 1962 г., той се използва широко поради предимствата си на висока чувствителност и бърза реакция и се превърна в един от най-големите и най-широко използвани сензори в света. Според различните начини за откриване на характеристичното количество за отчитане на газ, то се разделя на два типа: резистивен тип и нерезистивен тип.
Резистивен полупроводников газов сензор работи чрез откриване на промяната на газовия сензор със съдържанието на газ. Основно се използват металооксидни керамични чувствителни към газ материали. С изследванията и разработването на нови материали, като композитни метални оксиди и смесени метални оксиди през последните години, характеристиките и диапазонът на приложение на този газов сензор бяха значително подобрени. Например: сензорът за газ WO3 може да открие диапазон на концентрация на NH3 от 5ppm до 50ppm, сензорът за газ ZnO-CuO е много чувствителен към 200ppm CO.
Безрезистивните полупроводникови газови сензори работят на принципа, че токът или напрежението на газовия сензор се променят със съдържанието на газ. Има главно MOS диоден тип и съединителен диоден тип и газов сензор тип тръба с полеви ефект. Повечето от газовете за откриване са горими газове като водород и силан.
Газов сензор за твърд електролит
Газовите сензори с твърд електролит използват материали, чувствителни към твърд електролит, като газови чувствителни елементи. Принципът е, че чувствителният към газ материал генерира йони, когато преминава през газа, като по този начин образува електродвижеща сила и измерва електродвижещата сила за измерване на концентрацията на газ. Поради високата проводимост, добрата чувствителност и селективност на този сензор, той е широко използван и е навлязъл в почти всички области на нефтохимията, опазването на околната среда, минното дело и т.н., на второ място след сензорите за газ от полупроводников метален оксид. Например YST-Au-WO3 за измерване на H2S, NH плюс 4CaCO3 за измерване на NH3 и др.
Свържете се с датчик за горивни газове
Може да се раздели на тип горене с директен контакт и тип горене с каталитичен контакт. Неговият принцип на работа е: когато чувствителният към газ материал е под напрежение, запалимият газ се окислява и изгаря под действието на катализатор, а генерираната топлина нагрява нагревателния проводник, като по този начин променя стойността на съпротивлението му и измерва промяната на съпротивлението за измерване на газовата концентрация. Този сензор може да измерва само горими газове и е нечувствителен към незапалими газове. Например, сензори, направени чрез покриване на активни катализатори Rh и Pd върху Pt тел, имат широкоспектърни характеристики, тоест могат да откриват различни горими газове. Контактният сензор за горивен газ е много стабилен при температура на околната среда и може да открие повечето запалими газове с долната граница на експлозия. Той се използва широко при наблюдение и аларма на запалими газове в нефтохимически заводи, корабостроителници, минни тунели, бани, кухни и др.
Полимерен газов сензор
Сензорите за газ, използващи полимерни газочувствителни материали, са силно развити през последните години. Когато полимерният газочувствителен материал срещне конкретен газ, неговите физически свойства като съпротивление, диелектрична константа, скорост и честота на разпространение на акустичните вълни на повърхността на материала и теглото на материала ще се променят. Има главно фталоцианинови полимери, LB филм, фенилцианин ацетилен, поливинил алкохол-фосфорна киселина, полиизобутилен, аминоундецил силан и т.н. Полимерните газочувствителни материали играят важна роля в откриването на токсични газове и свежестта на храната поради тяхната лекота на работа, прост процес, добра селективност при стайна температура, ниска цена и лесна комбинация със сензори за микроструктура и устройства с повърхностни акустични вълни. Според газочувствителните свойства на използваните материали този тип сензори могат да бъдат разделени на: полимерни резистивни газови сензори, които измерват концентрацията на газ чрез измерване на съпротивлението на газочувствителните материали; газови сензори тип батерии за концентрация, които измерват електродвижещата сила за определяне на концентрацията на газ чрез образуване на концентрационна клетка, когато чувствителният към газ материал абсорбира газ; газови сензори за повърхностни акустични вълни, които са направени въз основа на принципа, че скоростта на разпространение или честотата на звуковите вълни върху повърхността на материала се променя, след като газочувствителният полимер абсорбира газ; Полимерният газов сензор има висока чувствителност към специфични газови молекули, добра селективност, проста структура, може да се използва при нормална температура и може да допълни недостатъците на други газови сензори.
