Tipi di sensori di gas e loro applicazioni nelle apparecchiature di rilevamento e monitoraggio del gas
Con lo sviluppo dell'industria petrolchimica, i tipi e i campi di applicazione dei gas infiammabili, esplosivi e tossici sono aumentati. Una volta che questi gas fuoriescono durante la produzione, il trasporto e l'utilizzo, causeranno avvelenamenti, incendi e persino esplosioni, mettendo seriamente in pericolo la vita delle persone e la sicurezza delle proprietà. A causa della diffusibilità del gas stesso, dopo che si è verificata una perdita, il gas si diffonderà lungo la superficie del terreno sotto l'azione della forza del vento esterno e del gradiente di concentrazione interno, formando un'esplosione di combustione o una zona pericolosa velenosa sul luogo dell'incidente ed espandendo l'area area pericolosa.
Una volta che si verifica un incidente dovuto a una perdita di gas, è necessario adottare quanto prima misure adeguate per ridurre al minimo le perdite derivanti dall'incidente. Il rilevamento tempestivo e affidabile del contenuto di determinati gas nell'aria, misure correttive tempestive ed efficaci e metodi di smaltimento corretti per ridurre gli incidenti causati da perdite sono condizioni necessarie per evitare gravi danni e danni. Ciò impone requisiti più severi per le apparecchiature di rilevamento e monitoraggio dei gas. Essendo un importante rilevatore di gas, il sensore di gas è stato notevolmente sviluppato negli ultimi anni. Lo sviluppo del sensore di gas rende la sua applicazione sempre più ampia.
Panoramica del sensore di gas
I paesi stranieri iniziarono a ricercare e sviluppare sensori di gas negli anni '30. In passato i sensori di gas venivano utilizzati principalmente per il rilevamento e l'allarme di gas di carbone, gas di petrolio liquefatto, gas naturale e gas nelle miniere. Attualmente, i tipi di gas che devono essere rilevati si sono espansi dai gas riducenti originali (H2, C4H10, CH4) ai gas tossici (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Esistono molti tipi di sensori di gas. A seconda dei diversi materiali di rilevamento del gas e delle caratteristiche di rilevamento del gas utilizzati, può essere suddiviso in tipo a semiconduttore, tipo a elettrolita solido, tipo elettrochimico, tipo a combustione a contatto, tipo a polimero, ecc.
Sensore di gas a semiconduttore
Questo sensore utilizza principalmente materiali semiconduttori sensibili ai gas. Da quando il sensore di gas a ossido di metallo a semiconduttore è stato lanciato sul mercato nel 1962, è stato ampiamente utilizzato grazie ai suoi vantaggi di elevata sensibilità e risposta rapida ed è diventato uno dei sensori più grandi e utilizzati al mondo. In base ai diversi modi di rilevamento della quantità caratteristica di rilevamento del gas, questa è divisa in due tipi: tipo resistivo e tipo non resistivo.
Il sensore di gas resistivo a semiconduttore funziona rilevando la variazione del sensore di gas con il contenuto di gas. Vengono utilizzati principalmente materiali sensibili ai gas ceramici di ossido di metallo. Con la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali come ossidi metallici compositi e ossidi metallici misti negli ultimi anni, le caratteristiche e il campo di applicazione di questo sensore di gas sono stati notevolmente migliorati. Ad esempio: il sensore di gas WO3 può rilevare un intervallo di concentrazione di NH3 compreso tra 5 ppm e 50 ppm, il sensore di gas ZnO-CuO è molto sensibile a 200 ppm di CO.
I sensori di gas a semiconduttore non resistivi funzionano secondo il principio che la corrente o la tensione del sensore di gas cambia con il contenuto di gas. Esistono principalmente sensori di gas di tipo a diodo MOS e di diodo a giunzione e sensori di gas a tubo ad effetto di campo. La maggior parte dei gas rilevati sono gas combustibili come idrogeno e silano.
Sensore di gas con elettrolita solido
I sensori di gas con elettrolita solido utilizzano materiali di rilevamento del gas con elettrolita solido come elementi di rilevamento del gas. Il principio è che il materiale sensibile al gas genera ioni quando passa attraverso il gas, formando così una forza elettromotrice e misurando la forza elettromotrice per misurare la concentrazione del gas. Grazie all'elevata conduttività, alla buona sensibilità e selettività di questo sensore, è stato ampiamente utilizzato ed è entrato in quasi tutti i campi della petrolchimica, della protezione ambientale, dell'estrazione mineraria, ecc., secondo solo ai sensori di gas a semiconduttore a ossido di metallo. Ad esempio, YST-Au-WO3 per misurare H2S, NH più 4CaCO3 per misurare NH3, ecc.
Contattare il sensore gas di combustione
Può essere suddiviso in tipo di combustione a contatto diretto e tipo di combustione a contatto catalitico. Il suo principio di funzionamento è: quando il materiale sensibile ai gas viene energizzato, il gas infiammabile viene ossidato e bruciato sotto l'azione di un catalizzatore e il calore generato riscalda il filo riscaldante, modificandone così il valore di resistenza e misurando la variazione di resistenza per misurare la concentrazione del gas. Questo sensore può misurare solo gas combustibili ed è insensibile ai gas non combustibili. Ad esempio, i sensori realizzati rivestendo i catalizzatori attivi Rh e Pd su filo di Pt hanno caratteristiche ad ampio spettro, ovvero possono rilevare vari gas combustibili. Il sensore del gas di combustione a contatto è molto stabile a temperatura ambiente e può rilevare la maggior parte dei gas infiammabili con il limite inferiore di esplosione. È ampiamente utilizzato nel monitoraggio e nell'allarme dei gas infiammabili negli impianti petrolchimici, nei cantieri navali, nei tunnel minerari, nei bagni, nelle cucine, ecc.
Sensore di gas polimerico
Negli ultimi anni sono stati ampiamente sviluppati i sensori di gas che utilizzano materiali polimerici per il rilevamento del gas. Quando il materiale polimerico sensibile al gas incontra un gas specifico, le sue proprietà fisiche come resistenza, costante dielettrica, velocità e frequenza di propagazione delle onde acustiche sulla superficie del materiale e peso del materiale cambieranno. Esistono principalmente polimeri di ftalocianina, pellicola LB, fenilcianina acetilene, acido polivinilico-alcool fosforico, poliisobutilene, aminoundecil silano, ecc. I materiali polimerici sensibili al gas svolgono un ruolo importante nel rilevamento di gas tossici e freschezza degli alimenti grazie alla loro facilità d'uso, processo semplice, buona selettività a temperatura ambiente, prezzo basso e facile combinazione con sensori a microstruttura e dispositivi a onde acustiche superficiali. In base alle proprietà di rilevamento del gas dei materiali utilizzati, questo tipo di sensore può essere suddiviso in: sensori di gas resistivi polimerici che misurano la concentrazione di gas misurando la resistenza dei materiali di rilevamento del gas; sensori di gas del tipo a batteria di concentrazione che misurano la forza elettromotrice per determinare la concentrazione di gas formando una cella di concentrazione quando il materiale sensibile al gas assorbe gas; sensori di gas a onde acustiche superficiali realizzati in base al principio che la velocità di propagazione o la frequenza delle onde sonore sulla superficie del materiale cambia dopo che il polimero sensibile al gas assorbe il gas; Il sensore di gas polimerico ha un'elevata sensibilità a specifiche molecole di gas, buona selettività, struttura semplice, può essere utilizzato a temperatura normale e può integrare le carenze di altri sensori di gas.
