2024/05/28 -en 455

Bevezetés a gázérzékelőkbe: Építés, típusok és munka

A gázérzékelők a legjobb eszközök a modern technológiában, a különféle gázok megfigyelésében és észlelésében számos környezetben.Az a képességük, hogy a gázszintet fizikai vagy kémiai reakciók révén elektromos jelekké alakítsák, értékessé teszik őket az ipari biztonságtól a háztartások biztonságáig terjedő alkalmazásokhoz.

Ez a cikk megvitatja a különféle típusú gázérzékelőket, feltárva működési alapelveiket, előnyeiket és korlátait.Megvizsgálva ezen érzékelők alkatrészeit és funkcióit, különösen a széles körben alkalmazott fém -oxid -gázérzékelőket, értékelhetjük azok jelentőségét a biztonság biztosításában, a levegőminőség fenntartásában és a különféle ipari folyamatok támogatásában.Ezen érzékelők gyakorlati felhasználásának, kalibrálásának és karbantartásának megértése javítja azok megbízhatóságát és pontosságát, így a legmagasabb eszközöket mind a szakmai, mind a hazai környezetben.

Katalógus

1. ábra: Gázérzékelő

Mi az a gázérzékelő?

Gázérzékelők egy olyan eszköz, amelynek célja a gázok jelenlétének vagy koncentrációjának kimutatása a környezetben.A belső anyag ellenállásának változásainak mérésével működik, amely feszültségkülönbséget generál.Ez a feszültségkülönbség segít azonosítani és becsülni a jelenlévő gáz típusát és mennyiségét.Az érzékelő által felismerhető specifikus gázok attól függően, hogy milyen anyagból készülnek.

A gázérzékelők fizikai vagy kémiai reakciók révén átalakítják a gázszintet elektromos jelekké.Ezeket a jeleket feldolgozzuk az olvasható adatok szolgáltatása érdekében.Különösen hasznosak a mérgező és káros gázok, valamint a földgázszivárgások kimutatására.A gázérzékelők mérik az éghető, tűzveszélyes és mérgező gázokat, sőt az oxigénszintet is, így jók a biztonság és a levegő minőségének megfigyelése érdekében.

A gázérzékelő teljesítményének szabványa

A gázérzékelők kiválasztásakor elengedhetetlen, hogy gondosan értékeljék számos kulcsfontosságú mérési specifikációt, hogy biztosítsák azok hatékonyságát és pontosságát a gázérzékelés alkalmazásaiban.Ezek a specifikációk az érzékelő teljesítményének kritériumai, különösen a beállításokban, ahol a biztonság kiemelt prioritás és a folyamatvezérlő rendszerek.

Válaszidő

A válaszidő a gáz kezdeti érintkezése és az érzékelő későbbi jelfeldolgozása közötti intervallum.Ez a paraméter, amely azonnali gázdetektálást igényel a veszélyes események megelőzése vagy a folyamat integritásának fenntartása érdekében.A rövidebb válaszidőket előnyben részesítik olyan környezetekben, ahol a gyors észlelés csökkentheti a kockázatot, például a kémiai növényeket vagy a potenciális gázszivárgással rendelkező szóközöket.Gyakorlati műveletek során egy 10 másodpercnél kevesebb válaszidővel rendelkező gázérzékelő ideális a hirtelen szivárgások észlelésére.Ez lehetővé teszi a gyors reagálási tevékenységeket, például az evakuálást vagy a rendszer leállítását.

2. ábra: A gázérzékelő válasza és helyreállítási ideje

Észlelési távolság

A detektálási távolság az a maximális tartomány, amelyen az érzékelő hatékonyan észlelheti a gázt a forrásból vagy a szivárgásból.Ez a specifikáció azt diktálja, hogy hol kell az érzékelőket elhelyezni az átfogó megfigyelés biztosítása érdekében.Nagy ipari beállításokban az érzékelőket stratégiailag el kell helyezni az egész létesítmény lefedése érdekében, biztosítva, hogy még a kisebb gázkibocsátást is észleljék, mielőtt a veszélyes szintre növekszik.Például az 1-2 méter detektálási távolságú érzékelőket gyakran a potenciális szivárgási pontok közelében helyezik el, míg a nagyobb tartományú (legfeljebb 10 méter) a központi helyek szélesebb területeit figyelhetik.

Áramlási sebesség

3. ábra: A gázáram -érzékelő vázlatos ábrázolása

Az áramlási sebesség azt a levegő vagy gáz mennyiségét jelzi, amelynek az érzékelőn át kell áramolnia, hogy kimutatható jelet generáljon.A gázkoncentráció pontos leolvasásainak garantálása érdekében ezt a sebességet megfelelően kell beállítani.A nem megfelelő áramlási sebesség késleltetett észleléshez vagy hamis pozitív eredményekhez vezethet, veszélyeztetve a biztonságot és a működési hatékonyságot.Az operátorok beállíthatják a szellőztető rendszereket, vagy használhatnak kiegészítő ventilátorokat az optimális áramlási sebesség fenntartásához az érzékelők között.A 0,5–2 liter / perc alatti áramlási sebesség biztosítása az érzékelőnél jelentősen javíthatja a detektálási pontosságot a változó légáramlási körülmények között.

Érzékelő kimeneti paraméter

A gázérzékelők mérik és jelentik a detektált gázokat különféle formátumokban, hogy megfeleljenek a különböző megfigyelési igényeknek.

Százalékos LEL (alsó robbanásveszélyes határ)

Az éghető gáz legkisebb koncentrációját méri, amely a levegővel keverve képes fenntartani a lángot.Szükség van a biztonsághoz robbanásveszélyes gázokkal.A 0% LEL -leolvasás azt jelzi, hogy nincs gáz, míg a 100% LEL azt jelenti, hogy a gázkoncentráció elérte a gyúlékony határát, ami jelentős robbanáskockázatot jelent.Az operátorok figyelemmel kísérik a LEL -et annak biztosítása érdekében, hogy a gázszint a veszélyes küszöbértékek alatt maradjon.Rendszeres ellenőrzések és azonnali intézkedések a magas leolvasásokon a balesetek megelőzése érdekében.

Százalékos mennyiség

Kiszámítja az oldott anyag mennyiségét, osztva az összes alkatrész teljes térfogatával, szorozva 100%-kal.Kevésbé gyakori a gázérzékelésben, de hasznos a gáz-folyadék kölcsönhatásokkal járó alkalmazásokhoz.A gázkoncentrációk pontos mérése a folyadékkeverékekben elősegíti a minőség -ellenőrzést és a folyamat optimalizálását.

Millió rész (ppm)

A PPM -ben a gázkoncentrációkat méri, lehetővé téve a nagyon alacsony gázszint pontos megfigyelését.Szükséges a nyomkövetési gázok kimutatásához a környezetfigyelés és a minőség -ellenőrzés területén.A folyamatos megfigyelés biztosítja a biztonsági és környezetvédelmi előírások betartását.A kis ingadozásokat nyomon követik a potenciális problémák korai azonosítása érdekében.

Szivárgásmérések (ML/perc)

Jelzi, hogy a gáz elmenekül a rendszerből.Segít azonosítani és számszerűsíteni a szivárgásokat.Ezen információk felhasználásával az operátorok biztosíthatják a rendszer integritását, elkerülhetik a nagy veszteségeket, és időben elvégezhetik a karbantartást és a javítást.

Fogyasztási mérések (ml/l/óra)

Tükrözi a gáz fogyasztásának sebességét egy folyamatban.Kiválóan alkalmazható az ipari folyamatokban és a biológiai kutatásokban.Lehetőség van a hatékonyságok azonosítására és a folyamatok optimalizálására azáltal, hogy figyelemmel kíséri a gázfogyasztási arányokat.

Sűrűségmérések (mg/m³)

Betekintést nyújt a gáz fizikai tulajdonságaiba egy adott térfogatban.Hasznos a szennyezés ellenőrzésében és a levegőminőség értékelésében.Biztosítja a környezeti előírások betartását és a hatékony szennyezés -ellenőrzési stratégiák megtervezésében szereplő segédeszközöket.

Aláírás vagy spektrummérések

A jelenlévő gázok spektrális aláírását kínálja, amelyet gyakran kromatogramként jelenítenek meg.Fejlett analitikai technikákban, például gázkromatográfiában használják.A gázösszetétel és a koncentráció részletes elemzése segít azonosítani a szennyező anyagokat és biztosítani a termékek tisztaságát.

Ezeket a jeleket úgy dolgozják fel, hogy valós idejű adatokat szolgáltatjanak a gázkoncentrációkról, az automatizált vezérlőrendszerek elősegítésére.

KÖZÖS Kimeneti jelek gázérzékelőktől	Funkciók
Analóg feszültség	folyamatos elektromos jel A változó információk ábrázolása
Impulzusjelek	Az időzítéshez felhasznált energia rövid kitörései és a szinkronizálás
Analóg áramok	az elektromos áramok nagyságrendűek Az információk közvetítéséhez
Kapcsoló vagy relé kimenetek	olyan mechanizmusok, amelyek kinyitják vagy bezárják az áramkört Ellenőrizze az elektromos áramlást

Diagram 1: Gázérzékelő kimeneti jele és funkciói

A gázérzékelő típusai működési alapelvek alapján

A gázérzékelőket működési alapelveik osztályozzák.Mindegyik típusnak megkülönböztetett tulajdonságai, előnyei és hátrányai vannak, amelyek különféle alkalmazásokhoz és környezethez alkalmassá teszik őket.

Félvezető / fém-oxid-alapú gázérzékelő

4. ábra: Vázlatos félvezető / fém-oxid-alapú gázérzékelő alkatrészek

5. ábra: A félvezető gázérzékelő tényleges

Ezek az érzékelők azonosítják a gázokat azáltal, hogy nyomon követik a félvezető ellenállásának változásait, amikor a gázokkal érintkeznek.Általában egy fém -oxid -érzékelő komponenst tartalmaznak, mint például az ón -dioxid (SNO2), amelyet elektródokkal és fűtőelemmel felszerelt szubsztrátumra helyeznek.A fém -oxid réteg porózus jellege növeli a gázkölcsönhatásokhoz rendelkezésre álló felületet.Mivel a gázokat ezen a rétegre adszorbeálják, az érzékelő elektromos vezetőképességében változások fordulnak elő, ami viszont módosítja annak ellenállását.Ezek az érzékelők különösen érzékenyek a sokféle gázra, és költséghatékonyak a gyártásra.Mindazonáltal rutin kalibrálást igényelnek, és teljesítményüket a hőmérséklet és a páratartalom befolyásolja.

Előnyök:

• Egyszerű szerkezet

• Olcsó költség

• Magas detektálási érzékenység

• Gyors reakciósebesség

Hátrányok:

• Kis mérési tartomány

• Más gázok és hőmérséklet befolyásolja

Elektrokémiai gázérzékelő

6. ábra: Vázlatos elektrokémiai érzékelő alkatrészek

7. ábra: Példa az elektrokémiai érzékelőre a mérgező és gyúlékony gáz detektálására

Az elektrokémiai érzékelők számszerűsítik a gázok koncentrációját azáltal, hogy oxidálják vagy csökkentik a célgázt egy elektródon, és rögzítik az áramot, amelyet ez a folyamat generál.Ezeknek az eszközöknek az elektrolitba merülve működő, pult és referencia-elektródák vannak, amelyek mindegyike egy kis házban található, amely magában foglalja a gázáteresztő membránt.A gázok áthaladnak ezen a membránon, és részt vesznek egy redox reakcióban a működő elektródon, és olyan áramot eredményeznek, amely közvetlenül arányos a gázkoncentrációval.Kivételes specifitásukról és pontosságukról ismert, ezeket az érzékelőket veszélyeztetheti más gázok jelenléte, és aktív anyaguk fokozatos kimerülése miatt véges operatív élettartamúak.

Előnyök:

• Gyors válaszidő

• Jó lineáris kimenet

• Nagy pontosság

Hátrányok:

• Szüksége van oxigénben gazdag környezetre

• Fogyasszon folyékony elektrolitokat

• A hőmérsékletre, a páratartalomra és a nyomásváltozásokra érzékeny

Nem diszpergáló infravörös (NDIR) gázérzékelő

8. ábra: Vázlatos NDIR -érzékelő alkatrészek

9. ábra: A tényleges NDIR -érzékelő

Az NDIR érzékelők infravörös fényt használnak forrás és detektor a gázkoncentrációk infravörös révén történő meghatározásához abszorpció.Fel vannak szerelve infravörös fényforrás, a gázkamra minták, hullámhosszszűrő és infravörös detektor.Ahogy a gázok felszívódnak az infravörös fény bizonyos hullámhosszai, az érzékelő detektora számszerűsíti a Ennek az abszorpciónak a mértéke a gázkoncentráció értékeléséhez.Ezek az érzékelők dicsekednek Nagy pontosság és hosszú élettartam, és nem hajlamosak az érzékelő mérgezésére. Ugyanakkor általában költségesek, és korlátozódnak az elnyelő gázok észlelésére infravörös fény.

Előnyök:

• Mérje a gázokat, mint a CO2

• Nem igényel oxigént

• Magas mérési koncentráció képesség

• Jó stabilitási és alacsony karbantartási költségek

Hátrányok:

• Nagy energiafogyasztás

• Drága

• Komplex felépítés és szoftver/hardverkövetelmények

Katalitikus gázérzékelő

10. ábra: Vázlatos katalitikus érzékelő alkatrészek

11. ábra: Katalitikus érzékelő példa

A katalitikus érzékelők azonosítják a gyúlékony gázokat Egy olyan katalitikus gyöngyön keresztül, amely megváltoztatja ellenállását a gáz oxidációja során.Ezek Az érzékelők egy katalizátorral bevont érzékelő gyöngyöt tartalmaznak egy referencia mellett elem, a Wheatstone híd konfigurációjában elrendezve a védőn belül házak.Az éghető gázok oxidációja a katalizátor felületén termelődik Hő, ami az áramkör által észlelt ellenállásváltozáshoz vezet.Hatásos Az alacsony gázkoncentráció gyors észlelése, ezeknek az érzékelőknek a Az oxigén jelenléte, és specifikus kémiai anyagok veszélyeztethetik.

Előnyök:

• Erős ellenállás a kemény éghajlati és mérgező gázokkal szemben

• Hosszú élettartam

• Alacsony karbantartási költségek

Hátrányok:

• A robbanás vagy a tűz sötét környezetben történő kockázata

• Szulfid- és halogénvegyületek általi mérgezésre hajlamos

• Nagyobb hibák alacsony oxigén környezetben

Fotoionizációs detektor (PID)

12. ábra: Smatikus PID alkatrészek

13. ábra: PID példa

Fotoionizációs detektorok (PID) használják ultraibolya fény, hogy ionizálja a gázokat és megmérje az előállított elektromos áramot Ezekkel az ionokkal a gázkoncentrációk felmérésére.A rendszer UV lámpát tartalmaz, an Ionizációs kamra és elektródák.A gázmolekulák ionizációja kiváltja a elektromos áram az elektródokon, amely közvetlenül korrelál a Az illékony szerves vegyületek (VOC) koncentrációja.A PID -k nagy érzékenységet kínálnak a VOC -khoz és a gyors észlelési képességekhez, bár drágák és teljesítményük befolyásolhatja a környezeti változók, például a páratartalom és a hőmérséklet.

Előnyök:

• Nagy érzékenység

• Nincs mérgezési probléma

• Több mint 400 típusú illékony szerves gázt képes kimutatni

Hátrányok:

• A lámpa cseréjének magas költsége

• Nem tudja mérni a levegőt, a mérgező gázokat vagy a földgázt

Hővezető képesség gázérzékelő

14. ábra: Vázlatos hővezető képesség -érzékelő alkatrészek

15. ábra: Termikus vezetőképesség -érzékelő példa

A hővezető képesség -érzékelők értékelik A hővezető képesség változásai a különböző gázok miatt.Ezek az érzékelők általában két termikus elemet, például termisztorokat vagy termikus vezetők, hídáramkör -konfigurációban elrendezve.Az egyik elem ki van téve a célgázhoz, míg a többi referenciagázzal.Változás A gázösszetétel megváltoztatja az érzékelő körüli hővezetőképességet, befolyásolva hőmérséklete és ellenállása.Ezt a változást ezután az áramkör számszerűsíti. Ezek az eszközök egyértelműek, robusztusak és képesek sok gázt észlelni, Bár kevesebb érzékenységet kínálnak, és hajlamosak a környezeti változásokra hőmérséklet.

Előnyök:

• széles detektálási tartomány

• Jó működőképességi stabilitás

• Hosszú élettartam

• Nincs katalizátor öregedési problémája

Hátrányok:

• Rossz észlelési pontosság

• Alacsony érzékenység

• A hőmérsékleti sodródásra érzékeny

Gázkromatográfiai elemző

16. ábra: Vázlatos gázkromatográfiás elemző alkatrészek

17. ábra: Gázkromatográf elemző tényleges

A gázkromatográfiás analizátorok megkülönböztetik és számszerűsítse a gázkeverék alkotóelemeit különféle detektorok segítségével.Azok egy injektorból, egy kromatográfiás oszlopból, egy hordozógázrendszerből és a detektor, mindegyik ellenőrzött beállításon belül található.Gázmintákat vezetnek be az oszlop befecskendezőjén keresztül, ahol a hogyan elválasztják őket kölcsönhatásba lépnek az oszlop anyagával.Az elválasztott alkatrészek akkor vannak detektálva és az érzékelővel mérve.Ezek az elemzők nagy pontosságot kínálnak és elemezheti a bonyolult keverékeket, mégis költségesek, igényelnek szakértői kezelést, és nehézkesebbek a többi gázérzékelőhöz képest.

Előnyök:

• Nagy érzékenység

• Mikro- és nyomkövetési elemzésre alkalmas

• Elemezheti a komplex többfázisú elválasztó gázokat

Hátrányok:

• Nem érheti el a folyamatos mintavételt és elemzést

• A laboratóriumi elemzéshez megfelelőbb, mint az ipari terepi gázfigyelés

Kapacitási alapú gázérzékelő

18. ábra: Vázlatos kapacitás-alapú érzékelő alkatrészek

19. ábra: A kapacitás-alapú érzékelő tényleges

A kapacitási érzékelők azonosítják a eltolódásokat Kapacitás az elnyelt gáz dielektromos állandójának változásai miatt az érzékelő felületére.Ezek az érzékelők egy kondenzátorból állnak, amely tartalmaz egy dielektromos anyagot, amely reakcióképes a célgázra, általában megtervezett A MEMS platformon a kompaktság javítása érdekében.A gázmolekulák felszívódása módosítja a dielektromos állandóságot, ami a kapacitás megváltozását eredményezi majd számszerűsítve.Míg ezek az érzékelők kivételesen érzékenyek és ideálisak A nedvesség észlelése, hajlamosak a környezeti befolyásokra, például hőmérséklet.

Előnyök:

• Nagy érzékenység

• Gyors válaszidő, valós idejű megfigyelésre alkalmas

• Alacsony energiafogyasztás

Hátrányok:

• Hosszú távú stabilitási kérdések

• Keresztérzékenység más gázokkal szemben

• Korlátozott detektálási tartományok

Akusztikus alapú gázérzékelők

20. ábra: Vázlatos akusztikus alapú gázérzékelő alkatrészek

21. ábra: Akusztikus alapú gázérzékelők tényleges

Az akusztikus érzékelők a koncepció, hogy a gáz összetételének változásai befolyásolják a hang sebességét keverék.Fel vannak szerelve egy hanghullám -adó és vevőkészülékkel, beállítva egy kamrában vagy egy olyan útvonalon belül, ahol a gázkeverék kölcsönhatásba léphet a Hanghullámok.Az akusztikus tulajdonságok ezen interakció miatti változásai rögzítik és elemzik.Ezek az érzékelők nem invazív megfigyelést és A változások gyors észlelése, mégis pontossággal és Gyakran rendszeres kalibrálásra van szükség.

Előnyök:

• Detektálja az ideg- és hólyagos szereket

• akkumulátor nélküli, vezeték nélküli alkalmazásokhoz alkalmas

• Használható durva és forgó alkatrészekben

Hátrányok:

• A gyártás során nehéz kezelni a kis méret miatt

Hálógázérzékelő

Ábra 22: (a) Az eszközök szerkezetének és a működési elvnek a vázlatos ábrázolása, valamint (b) egy kalorimetrikus-TGS-eszköz fényképe.(C) A kalorimetrikus-TGS-eszközök mérési rendszerének vázlata és fényképe.

A kalorimetrikus érzékelők észlelik a hő variációkat a célgáz és egy specifikus kémiai reakciók eredményeként reagens.Ezek az eszközök egy reakciókamrával vannak felszerelve, amely a Katalizátor vagy reagens, amely a gázzal való reagáláskor hőt generál.Ez A hőmérséklet növekedését vagy csökkenését ezután egy integráltan mérik hőmérsékleti érzékelő.Míg ezek az érzékelők különösen hatékonyak Bizonyos gázok észlelésével hajlamosak lassabb reakcióidőt mutatni és kevesebbet mutatnak érzékenység, mint más érzékelőtípusok.

Előnyök:

• Gyors válaszidő a valós idejű megfigyeléshez

• Egyszerű kialakítás

• Hosszú távú stabilitás és megbízhatóság

• Alacsony energiafogyasztás

Hátrányok:

• A katalizátorok korlátozott élettartamúak és lebonthatnak

• Lassabb reagálási idő a nagyon alacsony gázkoncentrációk esetén

Mágneses gázérzékelő

Ábra 23: A gázérzékelő eszköz gyártásához használt mágneses hatások.(A) Hall -effektus, b) Kerr -effektus.(C) Ferromágneses rezonancia (FMR) hatás. (D) Magneto-plazmonikus hatás.e) Mágneses pillanat vagy centrifugálás.(F) Magnetosztatikus spin-hullám (MSW) hatás.

24. ábra: A mágneses érzékelő tényleges

A mágneses érzékelők a mágneseket használják a specifikus gázok, például az oxigén jellemzői annak meghatározására koncentráció.Ezek az eszközök mágneses anyagokat tartalmaznak, amelyek megváltoztatják azok Mágneses tulajdonságok, ha bizonyos gázoknak vannak kitéve.Ezeket a változásokat észlelik az egységbe integrált mágneses mező -érzékelő.A módosítás a megmérik a célgáz jelenléte által okozott mágneses tulajdonságokat és elemezték.A mágneses érzékelők nagy stabilitást kínálnak, és nagyrészt áthatolhatatlanok Interferencia más gázokból.Azonban csak a paramágneses gázokat tudják kimutatni És általában kifinomultabb és drágább.

Előnyök:

• Nem invazív művelet

• Gyors észlelési és valós idejű megfigyelés

• Egyes típusok nem igényelnek külső energiát

Hátrányok:

• Komplex és drága

• Gyakori kalibrálást igényel

• Csak specifikus mágneses tulajdonságokkal rendelkező gázokat képes mérni

• Képtelen a külső mágneses mezőkre és a hőmérsékleti változásokra

Fém -oxid -gázérzékelő alkotóelemei

25. ábra: A fém -oxid -gázérzékelő vázlatos alkotóelemei

Gázérzékelő réteg: A gázérzékelő réteg az érzékelő magja, a gázkoncentráció változásainak kimutatása.Chemiresistorként működik, megváltoztatva az ellenállást, ha specifikus gázoknak vannak kitéve.Általában ón -dioxidból (SNO₂) készül, amelynek felesleges elektronja van (donor elemek), megváltoztatja az ellenállást mérgező gázok jelenlétében.Ez az ellenállásváltozás befolyásolja az áram áramlását, korrelálva a gázkoncentrációval, így a gázérzékelő réteget a pontos gáz kimutatása érdekében.

Fűtőtekercs: A fűtőtekercs magas hőmérsékleten növeli a gázérzékelő réteg érzékenységét és hatékonyságát.A nikkel-krómból készült, a magas olvadáspontjáról ismert, állandó hő alatt stabil marad.Ez a fűtés aktiválja a gázérzékelő réteget, lehetővé téve, hogy jobban reagáljon a gázokra.A fűtőtekercs biztosítja az optimális érzékelő teljesítményét azáltal, hogy következetesen biztosítja a hőtanalmat.

Elektróda vonal: Az elektróda vonal hatékonyan továbbítja a kis áramokat a gázérzékelő rétegből.A platinából épített, vezetőképességére nagyra becsülve biztosítja a pontos áramátvitelt és mérést.Ez a hatékony elektronmozgás jó az érzékelő pontosságához a gázérzékelés során.

Elektróda: Az elektród összeköti a gázérzékelő réteg kimenetét az elektródavonalhoz.Aranyból (Au - Aurum), egy kiváló karmesterből készül, biztosítja a minimális ellenállást és a hatékony áramátvitelt.Ez a kapcsolat fontos a pontos gázkoncentráció -mérésekhez, lehetővé téve a zökkenőmentes elektromos jelátvitelt az érzékelő elemről a kimeneti csatlakozókra.

Tubuláris kerámia: A tubuláris kerámia, általában alumínium -oxidból (Al₂o₃) készül, a fűtőtekercs és a gázérzékelő réteg között helyezkedik el.Magas olvadáspontja támogatja az érzékelő réteg égési folyamatát, fenntartva a nagy érzékenységet és a hatékony kimeneti áramot.A tubuláris kerámia szerkezeti stabilitást és hőszigetelést kínál, védve az érzékelő belső részeit, és javítva a tartósságot és a teljesítményt.

Háló az érzékelő elem felett: A fémháló lefedi az érzékelő elemet, védi az érzékeny alkatrészeket a por és a korrozív részecskéktől.Ez a háló megvédi az érzékelőt a külső szennyező anyagoktól, és fenntartja a gázérzékelő réteg integritását és hosszú élettartamát.A káros részecskék szűrésével a háló biztosítja, hogy az érzékelő pontosan és megbízhatóan működjön hosszú ideig.

Hogyan működnek a gázérzékelők?

Alaptechnika

A gázérzékelők kemirológiai rendszert használnak, általában ón -dioxidból (SNO2).Az SNO2 egy N-típusú félvezető, amelynek sok szabad elektronja van, amelyek jót tesznek az elektromosság kezelésére.

Funkció tiszta levegőben

Tiszta levegőben az atmoszférából származó oxigénmolekulák az SNO2 felületéhez kapcsolódnak.Ezek az oxigénmolekulák szabad elektronokat rögzítenek az SNO2 -ből, így egy gátot hoznak létre, amely megállítja az áram áramlását.Ezért az érzékelő kimenete nulla vagy kiindulási állapotban van.

Reakció a mérgező vagy éghető gázokra

Mérgező vagy éghető gázoknak kitéve, ezek a gázok az SNO2 felületén lévő oxigénnel reagálnak, és felszabadítják a csapdába esett elektronokat.Ez a szabad elektronok növekedése növeli az SNO2 vezetőképességét.Ennek a vezetőképességváltozásnak a szintje megegyezik a gáz koncentrációjával.

Hogyan kell használni egy gázérzékelőt?

26. ábra: Gázérzékelő modul és 4 csatlakozó

Az alapgáz -érzékelőnek hat csatlakozója van: négy a bemeneti/kimenethez (A, A, B, B jelöléssel) és kettő a tekercs melegítéséhez (H, H jelölve).A bemeneti/kimeneti csatlakozók felcserélhetően használhatók.A gázérzékelők gyakran olyan modulokként érkeznek, amelyek magukban foglalják az érzékelőt és az összehasonlító IC -t.Ezeknek a moduloknak általában négy termináljuk van: VCC (tápegység), GND (föld), digitális kimenet (jel, amely jelzi a gáz jelenlétét) és az analóg kimenetet (folyamatos feszültség, amely jelzi a gázkoncentrációt).

Növekvő érzékelő kimenete

Mivel önmagában a gázérzékelő kis kimenetet eredményez (millivoltban), külső áramkörre van szükség ahhoz, hogy ezt a kimenetet digitális jelzé alakítsák.Ez az átalakítás komparátort (általában LM393), állítható potenciométert, valamint további ellenállókat és kondenzátorokat használ.Az LM393 összehasonlító átveszi az érzékelő kimenetét, összehasonlítja azt egy referenciafeszültséggel, és digitális kimenetet biztosít.A potenciométer beállítja a gázkoncentráció szintjét, amely nagy teljesítményt vált ki.

A gázérzékelő modul alapvető áramköri diagramja

27. ábra: A gázérzékelő alapvető áramköri diagramja egy gázérzékelő modulban

A gázérzékelő áramkör magában foglalja a bemeneti/kimeneti csatlakozókat (A és B) és a fűtőberendezéseket (H).A fűtőkészüléknek elegendő feszültséget kell kapnia az érzékelő aktiválásához.E bemeneti feszültség nélkül a kimeneti áram elhanyagolható.A teljesítmény után az érzékelő réteg képes kimutatni a gázokat.

Nincs gáz jelen van:

Az érzékelő réteg ellenállása változatlan marad, ami minimális kimeneti áramot eredményez.

Gáz jelen van:

Az előmelegített tekercs megkönnyíti a detektálást az anyag ellenállásának megváltoztatásával, megváltoztatva az áram áramlását a terhelési ellenállásnál (RL).

Az RL értékét, jellemzően 10 kΩ és 47kΩ között, a gázkoncentrációra vágyott érzékenység alapján kalibrálódnak.Az alacsonyabb ellenállási értékek csökkentik az érzékenységet, míg a magasabb ellenállási értékek növelik az érzékenységet.Az áramkör tartalmaz egy LM393 OP-AMP-t is, amely az analóg jelet digitálisra konvertálja.A fedélzeti 10K potenciométer lehetővé teszi az érzékelő modul érzékenységének beállítását.Két LED vizuális indikátorokat biztosít: az egyik az energiához (jelezve, hogy a tábla táplálva van), a másik pedig a kiváltáshoz (azt jelzi, hogy a beállított küszöbérték elérte).A kondenzátorok leválasztása csökkenti a zajt, biztosítva a stabil és pontos érzékelő leolvasását.

A legnépszerűbb gázérzékelők

A félvezető gázérzékelők MQ sorozata, beleértve olyan modelleket, mint az MQ-2, MQ-3, MQ-4, MQ-5, MQ-6, MQ-7, MQ-8, MQ-9, MQ-131, MQ-135, MQ-136, MQ-137, MQ-138, MQ-214, MQ-303A, MQ-306A és MQ-309A, a megbízhatóság és pontosság szempontjából jól megfontolják a különféle alkalmazásokban.Ezek az érzékelők a környezeti és ipari követelmények széles skálájának felelnek meg.

28. ábra: Különböző típusú gázérzékelő táblázata

MQ-2: Érzhető gázokat és füstöt észlel.

Melegítse elő az érzékelőt 24 órán át.Kalibráljon a célgáz ismert koncentrációjával, például 1000 ppm metánnal.Állítsa be a terhelési ellenállást a kimeneti feszültség alapján.

Vegye figyelembe az ellenállás lassú növekedését, amikor a belső fűtőberendezés stabilizálódik.Gondoskodjon arról, hogy az érzékelő teljes mértékben felmelegedjen, mielőtt a pontatlanság elkerülése érdekében leolvasásokat készít.

MQ-3: Alkoholgőz detektálása, amelyet gyakran lélegeztetőkben használnak.

Melegítse az érzékelőt legalább 48 órán keresztül a kezdeti használat előtt.Kalibráljon 0,4 mg/l alkohollal a levegőben.Állítsa be a terhelési ellenállást az adott alkalmazási igényekhez.

Figyelje az érzékenységi sodródást a kalibrálás során, és állítsa be az intervallumokat a stabilitás alapján.Rögzítse a környezeti hőmérsékletet és a páratartalmat, mivel ezek befolyásolják a pontosságot.

MQ-4: Metán és földgáz detektálása.

Melegítse elő 24 órán át.Kalibráljon egy ellenőrzött környezetben, 5000 ppm metánnal.Ennek megfelelően állítsa be a terhelési ellenállást.

Szorosan figyelje a válaszidőt.A lassú válasz jelezheti a melegítő vagy a hőmérsékleti stabilitás problémáit a környezetben.

MQ-5: LPG, földgáz és széngáz kimutatása.

Hasonló az MQ-4-hez, de több gázhoz kalibráljon specifikus koncentrációkkal.

Fenntartja a stabil környezetet a kalibrálás során.A hőmérsékleti ingadozások jelentős eltéréseket okozhatnak a leolvasásokban.

MQ-6: Detektálja az LPG, a bután, az izobután és a propánt.

Melegítse elő és kalibráljon, mint az MQ-5 esetében.Gondoskodjon a megfelelő szellőzéshez a veszélyes gázkoncentráció elkerülése érdekében a kalibrálás során.

Figyeljen az érzékelő gyógyulási idejére a magas gázkoncentrációnak való kitettség után.A meghosszabbított expozíció telítheti az érzékelőt, hosszabb helyreállítási periódust igényelve.

MQ-7: Szén -monoxid kimutatása.

Melegítse elő 48 órán át.Kalibráljon 100 ppm CO környezetben.Állítsa be a terhelési ellenállást, hogy megfeleljen a kívánt érzékenységnek.

Vigyázzon a viselkedésbe ingadozó hőmérsékleten, mivel a CO -érzékelők érzékenyek a hőmérsékleti változásokra.Végezzen el egy kompenzációs algoritmust, ha szükséges.

MQ-8: Hidrogéngáz detektálása.

Melegítse elő 24 órán át.Kalibráljon 1000 ppm hidrogén környezetben.Állítsa be a terhelési ellenállást az optimális teljesítmény érdekében.

Gondoskodjon arról, hogy a kalibrálási környezet mentes legyen más gázoktól és szennyeződésektől, mivel a hidrogénérzékelők nagyon érzékenyek a szennyeződésre.

MQ-9: Kimutatja a szén -monoxidot és a gyúlékony gázokat.

Melegítse elő 48 órán át.Kalibráljon külön -külön a CO és a gyúlékony gázokhoz ismert koncentrációval.Állítsa be a terhelési ellenállást az egyes gázok észleléséhez.

Gondoskodjon arról, hogy az egyik gáz kalibrása ne zavarja a másikkal szembeni érzékenységet.Összpontosítson a kettős gázérzékelési képességre.

MQ-131: Ózon detektálása.

Melegítse elő 24 órán át.Kalibráljon 0,1 ppm ózon környezetben.Ennek megfelelően állítsa be a terhelési ellenállást.

Rendszeresen ellenőrizze az érzékelő érzékenységét, és újrakalibrálja, mivel az ózonérzékelők idővel lebomlanak, magas koncentrációnak való kitettséggel.

MQ-135: Az NH3, NOx, alkohol, benzol, füst és CO2 detektáló levegőminőség -érzékelő.

Melegítse elő 24 órán át.Használjon különféle ellenőrzött gázkörnyezeteket az egyes gázok kalibrálásához.

Karbantartson részletes nyilvántartást a kalibrációs beállításokról az egyes gáztípusokhoz.A rendszeres újrakalibráció jó a pontosság fenntartása a kimutatható gázok széles skálájának köszönhetően.

MQ-136-MQ-309A: Mindegyik érzékelő specifikus gázokat céloz meg, és hasonló kalibrálással rendelkezik, mint az MQ-135.

Melegítse elő 24 órán keresztül, és használjon különféle ellenőrzött gázkörnyezeteket az egyes gázok kalibrálására.

Értse meg az egyes érzékelők konkrét érzékenységét és kereszt-érzékenységét.A rendszeres karbantartás, kalibrálás és a környezeti ellenőrzés kulcsfontosságú az optimális teljesítményhez.

Gázérzékelő alkalmazása

Ipari biztonság: Ipari környezetben a gázérzékelők figyelemmel kísérik a mérgező gázokat, például a szén -monoxidot, a metánt és a hidrogén -szulfidot.Ezeket az érzékelőket a szivárgásokra hajlamos területeken telepítik, például vegyi növényeket, gyártóegységeket és tárolóhelyeket.Folyamatosan működnek, valós idejű adatokat küldve egy központi vezérlőrendszerbe.Ha a gázszint meghaladja a küszöbértékeket, a rendszer riasztásokat és automatikus leállítást vált ki a veszélyek megelőzése érdekében.Az operátorok rutinszerűen kalibrálják ezeket az érzékelőket, a terepi ellenőrzéseket és a nulla span kalibrációkat végzik a pontosság biztosítása érdekében.

Háztartási biztonság: Otthon a gázérzékelők felismerik a földgáz vagy a propán szivárgásait, megakadályozva a robbanásokat vagy a mérgezést.Ezek az érzékelők gyakran az intelligens otthoni rendszerek részét képezik, a háztulajdonosokat okostelefonokon keresztül figyelmeztetik vagy kapcsolatba lépnek a sürgősségi szolgáltatásokkal.Általában konyhába, alagsorba vagy a gázkészülékekbe vannak felszerelve.A háztulajdonosoknak rendszeresen tesztelniük kell ezeket az eszközöket, és szükség szerint cserélniük kell az akkumulátorokat, hogy működjenek.

Olaj- és gázipar: Az olajfúrós fúrótornyokon a gázérzékelők az illékony szerves vegyületeket (VOC) és más veszélyes gázokat figyelik.Ezeket az érzékelőket úgy építették fel, hogy ellenálljanak a szélsőséges offshore körülményeknek, például a szélsőséges hőmérsékleteknek és a páratartalomnak.Ezek egy nagyobb biztonsági rendszer részét képezik, amely magában foglalja a szellőztetést és a vészhelyzeti leállítási mechanizmusokat.A napi ellenőrzések biztosítják, hogy az érzékelők mentesek legyenek a szennyeződésektől és a helyesen működnek, a helyszíni beállításokkal hordozható kalibrációs eszközökkel végezzük.

Vendéglátóipar: A szállodákban a gázérzékelők a cigarettafüst észlelésével és a szellőztető rendszerek vagy riasztások kiváltásával érvényesítik a nemdohányzó politikákat.A vendégszobákba és a közös helyiségekben diszkréten telepítve ezek az érzékelők segítenek a szállodák menedzsmentjének haladéktalanul kezelni és fenntartani a füstmentes környezetet.A rendszeres karbantartás ellenőrzi a tiszta érzékelőket és ellenőrizze azok érzékenységét a füstrészecskékkel szemben.

Irodai környezetek: Irodai épületekben a gázérzékelők figyelnek a beltéri levegőminőségre, a szennyező anyagokra, például a szén -dioxidra, a VOC -ra és a részecskékre összpontosítva.A HVAC rendszerekkel integrálva ezek az érzékelők szabályozzák a légáramot az egészséges munkaterület biztosítása érdekében.A létesítményvezetők elemzik az érzékelő adatait a szellőzés optimalizálása érdekében, csökkentve az energiaköltségeket, miközben megőrzik a levegő minőségét.Periodikus kalibrálási és szoftverfrissítéseket hajtunk végre az érzékelő teljesítményének javítása érdekében.

Légkondicionáló rendszerek: A légkondicionálók gázérzékelői kezelik a CO2 szintet, javítva a beltéri levegőminőséget.Az automatizált rendszer részét a szellőztetési sebesség a valós idejű CO2-koncentrációk alapján állítja be.A technikusok ellenőrzik az érzékelő funkcionalitását a rutin karbantartás során a pontos leolvasások és az optimális levegőminőség biztosítása érdekében.

Tűzérzékelő rendszerek: A tűzérzékelő rendszerekben a gázérzékelők korán azonosítják a füstöt és a mérgező gázokat, például a szén -monoxidot.Figyelmeztetéseket nyújtanak, lehetővé téve az időszerű evakuálást és a tűzvezérlés intézkedéseit.A tűzbiztonsági személyzet rendszeresen tesztelje ezeket a rendszereket a füstviszonyok szimulálásával az érzékelő reagálhatóságának és megbízhatóságának biztosítása érdekében.

Bányászati ​​műveletek: A bányászatban a gázérzékelők veszélyes gázokat, például metánt és szén -monoxidot észlelnek a munkavállalók biztonsága érdekében.Ezek az érzékelők a hálózatba kötött biztonsági rendszer részét képezik, folyamatos megfigyelést és automatikus szellőztetést biztosítva.A bányászok további biztonsági intézkedésként hordozható gázdetektorokat is hordoznak.Az érzékelőhasználatról szóló rendszeres képzés és a vészhelyzeti reagálási eljárások biztosítják a felkészültséget.

Lélegzet -elemzők: Gázérzékelők a légzéselemzőkben mérik a vér alkoholtartalmát (BAC) az etanol lélegzetelállító kimutatásával.A bűnüldözés és az egyének megfigyelésére használják, ezeknek az eszközöknek a pontosság fenntartása érdekében ismert etanol -előírásokkal történő kalibrálást igényelnek.A felhasználók szigorú protokollokat követnek, például annak biztosítása, hogy az eszköz a megfelelő hőmérsékleten legyen, és elkerülje a szennyeződést, a megbízható eredmények biztosítása érdekében.

Következtetés

A technológia előrehaladtával a gázérzékelők egyre erősebbé és szélesebbé válnak, javítva teljesítményüket, és sok területen, beleértve az ipari biztonságot és a háztartások biztonságát, megkövetelik őket.A gázérzékelők működésének megértése és azok fenntartásának módja kiemeli technikai jelentőségüket és jelentős hozzájárulásukat az élet védelméhez és a környezetünk minőségének javításához.Akár gyárakban, otthonokban vagy nyilvános terekben, a gázérzékelők kulcsfontosságúak a biztonságosabb, egészségesebb jövőben.A technológia fejlődésével a gázérzékelők egyre fejlődnek és fejlettebbé válnak, javítva teljesítményüket, és sok területen nélkülözhetetlenné teszik őket, ideértve az ipari biztonságot és a háztartások biztonságát.

Gyakran feltett kérdések [GYIK]

1. Mi a gázérzékelők?

A gázérzékelő egy olyan eszköz, amely felismeri a gázok jelenlétét és koncentrációját a levegőben.A gázból származó kémiai információkat elektronikus jelzé konvertálja, amelyet meg lehet mérni és elemezni.

2. Mi a gázérzékelő célja?

A gázérzékelő elsődleges célja a gázszivárgások vagy a veszélyes gázok jelenlétének megfigyelése és észlelése.Segít a biztonság biztosításában azáltal, hogy korai figyelmeztetéseket nyújt a veszélyes gázszintekről, megakadályozza a baleseteket, és biztosítja a biztonsági előírások betartását.

3. Milyen előnyei vannak a gázérzékelőnek?

A gázérzékelők olyan eszközök, amelyek észlelik és mérik a gázkoncentrációkat a levegőben, biztosítva a biztonságot azáltal, hogy korai figyelmeztetést nyújtanak a veszélyes gázokról.Pontosak, pontos méréseket kínálnak, és a korai felismerés révén javítják a biztonságot a különböző környezetekben.A gázérzékelők integrálhatók az automatizált rendszerekbe a folyamatos megfigyelés érdekében, csökkentve a kézi ellenőrzések szükségességét és a munkaerőköltségek csökkentését.Sokoldalúságuk lehetővé teszi számukra a gázok széles skálájának felismerését, így számos alkalmazáshoz alkalmasak, az ipari növények és a környezeti megfigyelésektől kezdve a lakossági biztonságig és az orvosi környezetig.Példa erre a szén -monoxid -érzékelő az otthonokban, amely figyelmezteti az utasokat a CO -gáz veszélyes szintjére.

4. Hol használják a gázérzékelőket?

A gázérzékelőket széles körben használják a különféle iparágakban és beállításokban, ideértve a gázok megfigyelését a gyártó üzemekben, finomítókban és vegyi üzemekben az ipari biztonság biztosítása érdekében.A levegő minőségének mérése és a környezetvédelem szennyeződési szintjeinek észlelése.A szén -monoxid és a földgáz szivárgásainak kimutatása otthonokban a lakossági biztonság érdekében.A légzőgázok ellenőrzése az egészségügyi környezetben.És a gázkibocsátás észlelése a járművekben a környezeti előírások betartásának biztosítása érdekében.

5. Mi a példa a gázérzékelőre?

A gázérzékelő általános példája a házakban használt szén -monoxid (CO) érzékelő.Ez az érzékelő detektálja a színtelen és szagtalan CO -gázt, riasztást nyújtva, ha veszélyes szint van jelen a mérgezés megakadályozása érdekében.

6. Hogyan kell dolgozni egy gázérzékelőt?

A gázérzékelő úgy működik, hogy egy célgáznak van kitéve, amely kölcsönhatásba lép az érzékelő detektálási anyagával, és olyan kémiai reakciót vált ki, amely megváltoztatja az érzékelő tulajdonságait.Ezt a változást elektronikus jelzé konvertálják, amelyet ezután feldolgoznak és mérnek, hogy olvasható kimenetet biztosítsanak, például numerikus értéket vagy riasztást.Például egy szén -monoxid -érzékelő egy házban folyamatosan figyeli a levegőt.Ha a CO -gázt észlelik, akkor reagál az érzékelővel, és olyan elektronikus jelet hoz létre, amely riasztást vált ki, ha a CO -szint túl magas, figyelmeztetve a veszélyre.