Spiegare in dettaglio il principio di rilevamento dei rilevatori di gas
Un rilevatore di gas è uno strumento appositamente progettato per rilevare la concentrazione sicura di gas. Il suo principio di funzionamento prevede principalmente la conversione dei segnali fisici o chimici non elettrici raccolti dai sensori di gas in segnali elettrici, quindi la rettifica e il filtraggio dei suddetti segnali elettrici attraverso circuiti esterni. I segnali elaborati vengono quindi controllati dai moduli corrispondenti per ottenere il rilevamento del gas. Tuttavia, il nucleo di un rilevatore di gas è un componente sensore integrato, che distingue i principi della tecnologia di rilevamento in base ai diversi gas rilevati. I suoi principi sono principalmente suddivisi nelle seguenti sei categorie:
1) Principio della combustione catalitica:
Il sensore di combustione catalitica sfrutta il principio dell'effetto termico della combustione catalitica, costituito da un ponte di misura formato dall'accoppiamento di elementi di rilevamento ed elementi di compensazione. In determinate condizioni di temperatura, il gas combustibile subisce una combustione senza fiamma sulla superficie del supporto dell'elemento di rilevamento e sotto l'azione del catalizzatore. La temperatura del supporto aumenta e anche la resistenza del filo di platino al suo interno aumenta di conseguenza, facendo perdere l'equilibrio al ponte di bilanciamento ed emettendo un segnale elettrico proporzionale alla concentrazione di gas combustibile, misurando l'entità della variazione di resistenza del filo di platino, è possibile determinare la concentrazione di gas combustibili.
Utilizzato principalmente per il rilevamento di gas combustibili, con buona linearità del segnale di uscita, indice affidabile, prezzo accessibile e nessuna infezione crociata con altri gas non combustibili.
2) Principio dell'infrarosso:
Un sensore a infrarossi fa passare continuamente il gas da misurare attraverso un contenitore di una certa lunghezza e volume ed emette un raggio di luce infrarossa da una delle due facce terminali trasparenti del contenitore. Quando la lunghezza d'onda del sensore a infrarossi coincide con lo spettro di assorbimento del gas misurato, l'energia infrarossa viene assorbita e l'attenuazione dell'intensità della luce infrarossa che passa attraverso il gas misurato soddisfa la legge di Lambert Beer. Maggiore è la concentrazione del gas, maggiore è l'attenuazione della luce. A questo punto, l'assorbimento della luce infrarossa è direttamente proporzionale alla concentrazione del materiale assorbente, e quindi la concentrazione del gas può essere misurata misurando l'attenuazione della luce infrarossa da parte del gas.
Lunga durata (da 3 a 5 anni di durata), alta sensibilità, buona stabilità e nessuna tossicità, meno interferenze dall'ambiente e nessuna dipendenza dall'ossigeno. I sensori di gas a infrarossi hanno un'elevata sensibilità di monitoraggio e possono distinguere con precisione anche tracce di PPB o basse concentrazioni di gas di grado PPM. L'intervallo di misurazione è ampio e generalmente può analizzare gas ad alta concentrazione al 100% VOL, nonché analizzare analisi a bassa concentrazione a livello di 1 ppb.
3) Principi elettrochimici:
I sensori elettrochimici sono generalmente costituiti da tre parti: elettrodi, elettroliti ed elettrodi a semiconduttore, che sono i componenti principali del sensore. Sono realizzati in materiali metallici o semiconduttori e possono reagire chimicamente con le molecole di gas. L'elettrolita è un liquido conduttivo che può collegare elettrodi con semiconduttori per formare un circuito completo. Il semiconduttore è un materiale speciale in grado di convertire il segnale di corrente tra l'elettrodo e l'elettrolita in un segnale digitale, ottenendo così il rilevamento della concentrazione di gas.
Il principio di funzionamento dei sensori di gas elettrochimici si basa sulle reazioni redox. Quando le molecole di gas entrano in contatto con la superficie dell'elettrodo, subiscono una reazione di ossidoriduzione, generando un segnale di corrente. Questo segnale di corrente può essere trasmesso al semiconduttore attraverso un elettrolita e quindi convertito in un segnale digitale. La dimensione del segnale digitale è direttamente proporzionale alla concentrazione del gas, quindi la concentrazione del gas può essere determinata misurando la dimensione del segnale digitale.
Utilizzato principalmente per il rilevamento di gas tossici, con elevata sensibilità, velocità di risposta rapida, buona affidabilità e lunga durata. È in grado di rilevare vari gas, come monossido di carbonio, anidride carbonica, ossigeno, azoto, ecc. Ha ampie applicazioni nell'industria, nella sanità, nella protezione ambientale e in altri campi.
4) Principio di fotoionizzazione PID:
Il principio del PID è che i gas organici si ionizzano sotto l'eccitazione di una sorgente di luce UV. Il PID utilizza una lampada UV (ultravioletta) e la materia organica si ionizza sotto l'eccitazione della lampada UV. I "frammenti" ionizzati trasportano cariche positive e negative, risultando in una corrente elettrica tra i due elettrodi. Il rilevatore amplifica la corrente e visualizza la concentrazione di gas COV attraverso strumenti e apparecchiature.
Utilizzato principalmente per il monitoraggio dell'industria della raffinazione, la gestione di emergenza di perdite di sostanze chimiche pericolose, la definizione di aree pericolose per perdite, il monitoraggio della sicurezza delle stazioni dei serbatoi di petrolio e il monitoraggio dell'efficienza di purificazione dello scarico di materia organica.
5) Principio di conducibilità termica:
L'analisi della concentrazione del gas misurato si ottiene principalmente misurando la variazione della conduttività termica della miscela di gas. Di solito, la differenza di conduttività termica di un sensore di gas viene convertita in una variazione di resistenza attraverso un circuito. Il metodo di rilevamento tradizionale consiste nell'inviare il gas da testare in una camera a gas, dove il centro della camera a gas è un elemento termosensibile, come un resistore termosensibile, un filo di platino o un filo di tungsteno. Quando riscaldato ad una determinata temperatura, la variazione della conduttività termica del gas miscelato viene convertita in una variazione della resistenza dell'elemento termosensibile. La variazione del valore di resistenza è relativamente facile da misurare con precisione.
6) Principi dei semiconduttori:
I sensori di gas a semiconduttore sono realizzati utilizzando la reazione di ossido-riduzione del gas sulla superficie dei semiconduttori per provocare modifiche nel valore di resistenza dei componenti sensibili. Quando un dispositivo a semiconduttore viene riscaldato fino a uno stato stabile e viene adsorbito al contatto del gas con la superficie del semiconduttore, le molecole adsorbite si diffondono prima liberamente sulla superficie dell'oggetto, perdendo la loro energia cinetica. Alcune molecole vengono evaporate, mentre le restanti molecole subiscono decomposizione termica e adsorbimento sulla superficie dell'oggetto. Quando la funzione di lavoro di un semiconduttore è inferiore all'affinità della molecola adsorbita, la molecola adsorbita toglierà elettroni dal dispositivo e diventerà un adsorbimento di ioni negativi, presentando uno strato di carica sulla superficie del semiconduttore.
