pe 2024/05/28 458

Introducere în senzorii de gaz: construcție, tipuri și de lucru

Senzorii de gaz sunt cele mai bune dispozitive în tehnologia modernă, în monitorizarea și detectarea diverselor gaze pe o multitudine de medii.Capacitatea lor de a transforma nivelul gazelor în semnale electrice prin reacții fizice sau chimice le face valoroase pentru aplicații, de la siguranța industrială până la securitatea gospodăriei.

Acest articol discută despre diferitele tipuri de senzori de gaz, explorând principiile, avantajele și limitările lor de lucru.Examinând componentele și funcționalitățile acestor senzori, în special senzorii de gaz de oxid de metal utilizați pe scară largă, putem aprecia semnificația acestora în asigurarea siguranței, menținerea calității aerului și susținerea diferitelor procese industriale.Înțelegerea utilizării practice, a calibrării și a întreținerii acestor senzori îmbunătățește fiabilitatea și exactitatea acestora, ceea ce le face instrumente de top atât în ​​medii profesionale, cât și în cele interne.

Catalog

Figura 1: Senzor de gaz

Ce este un senzor de gaz?

Un senzor de gaz este un dispozitiv conceput pentru a detecta prezența sau concentrația gazelor într -un mediu.Funcționează prin măsurarea modificărilor în rezistența materialului său intern, ceea ce generează o diferență de tensiune.Această diferență de tensiune ajută la identificarea și estimarea tipului și cantității de gaz prezente.Gazele specifice pe care un senzor le poate detecta depinde de materialul din care este fabricat.

Senzorii de gaz transformă nivelul de gaz în semnale electrice prin reacții fizice sau chimice.Aceste semnale sunt procesate pentru a furniza date lizibile.Sunt deosebit de utile pentru detectarea gazelor toxice și dăunătoare, precum și pentru scurgeri de gaze naturale.Senzorii de gaz măsoară gazele combustibile, inflamabile și toxice și chiar nivelurile de oxigen, ceea ce le face bune pentru monitorizarea siguranței și a calității aerului.

Standard pentru performanța senzorului de gaz

Atunci când selectați senzori de gaz, este o necesitate să evaluați cu atenție mai multe specificații cheie de măsurare pentru a le asigura eficacitatea și precizia în aplicațiile de detectare a gazelor.Aceste specificații sunt criterii pentru performanța senzorului, în special în setările în care siguranța este o prioritate maximă și în sistemele de control al proceselor.

Timpul de răspuns

Timpul de răspuns este intervalul dintre contactul inițial al gazului cu senzorul și procesarea ulterioară a semnalului senzorului.Acest parametru care necesită detectarea imediată a gazelor pentru a preveni incidentele periculoase sau pentru a menține integritatea procesului.Timpurile de răspuns mai scurte sunt preferate în medii în care detectarea rapidă poate reduce riscurile, cum ar fi plantele chimice sau spațiile limitate cu scurgeri potențiale de gaz.În operațiuni practice, un senzor de gaz cu un timp de răspuns mai mic de 10 secunde este ideal pentru detectarea scurgerilor bruște.Aceasta permite acțiuni de răspuns rapid, cum ar fi evacuarea sau oprirea sistemului.

Figura 2: Timpul de răspuns și recuperare a senzorului de gaz

Distanța de detectare

Distanța de detectare este intervalul maxim la care senzorul poate detecta eficient gazul de la sursa sau scurgerea sa.Această specificație dictează acolo unde ar trebui să fie plasați senzorii pentru a asigura monitorizarea cuprinzătoare.În setări industriale mari, senzorii trebuie să fie poziționați strategic pentru a acoperi întreaga instalație, asigurându -se că chiar și emisiile minore de gaze sunt detectate înainte de a escalada la niveluri periculoase.De exemplu, senzorii cu o distanță de detectare de 1-2 metri sunt adesea plasați în apropierea potențialelor puncte de scurgere, în timp ce cei cu intervale mai mari (până la 10 metri) pot monitoriza zone mai largi din locațiile centrale.

Debit

Figura 3: Ilustrație schematică a senzorului de debit de gaz

Debitul reprezintă volumul de aer sau gaz care trebuie să curgă pe senzor pentru a genera un semnal detectabil.Pentru a garanta lecturi precise ale concentrației de gaz, această rată trebuie stabilită corect.Debitul inadecvat poate duce la detectarea întârziată sau la false pozitive, compromiterea siguranței și a eficienței operaționale.Operatorii pot ajusta sistemele de ventilație sau pot utiliza ventilatoare auxiliare pentru a menține debitele optime între senzori.Asigurarea unui debit de 0,5 până la 2 litri pe minut pe senzor poate spori semnificativ precizia detectării în medii cu condiții variabile de flux de aer.

Parametrul de ieșire a senzorului

Senzorii de gaz măsoară și raportează gazele detectate în diferite formate pentru a răspunde diferitelor nevoi de monitorizare.

Procent Lel (limită explozivă mai mică)

Măsoară cea mai mică concentrație a unui gaz combustibil care poate susține o flacără atunci când este amestecat cu aer și aprins.Necesare pentru siguranță în medii cu gaze explozive.O citire de 0% Lel nu indică niciun gaz prezent, în timp ce 100% LEL înseamnă că concentrația de gaz a atins limita sa inflamabilă, reprezentând un risc semnificativ de explozie.Operatorii monitorizează LEL pentru a se asigura că nivelul gazelor rămâne sub praguri periculoase.Verificări periodice și acțiuni imediate asupra lecturilor mari pentru a preveni accidentele.

Procent de volum

Calculează volumul solutului împărțit la volumul total al tuturor componentelor, înmulțit cu 100%.Mai puțin obișnuit pentru detectarea gazelor, dar util pentru aplicațiile care implică interacțiuni cu gaz-lichid.Măsurarea exactă a concentrațiilor de gaz în amestecurile lichide ajută la controlul calității și la optimizarea proceselor.

Piese pe milion (ppm)

Măsoară concentrațiile de gaz în PPM, permițând monitorizarea precisă a nivelurilor de gaz foarte scăzute.Necesar pentru detectarea gazelor de urme în monitorizarea mediului și controlul calității.Monitorizarea continuă asigură respectarea reglementărilor de siguranță și de mediu.Fluctuațiile mici sunt urmărite pentru a identifica problemele potențiale din timp.

Măsurători de scurgere (ml/min)

Indică rata cu care gazul scapă dintr -un sistem.Ajută la identificarea și cuantificarea scurgerilor.Prin utilizarea acestor informații, operatorii pot asigura integritatea sistemului, pot evita pierderi mari și pot efectua întreținerea și reparațiile la timp.

Măsurători de consum (ML/L/HR.)

Reflectă rata cu care un gaz este consumat într -un proces.Excelent pentru utilizare în procese industriale și cercetări biologice, de exemplu.Este posibilă identificarea ineficiențelor și optimizarea proceselor, păstrând o atenție asupra ratelor de consum de gaze.

Măsurători de densitate (mg/m³)

Oferă informații despre proprietățile fizice ale gazelor într -un volum dat.Util în controlul poluării și evaluarea calității aerului.Asigură respectarea standardelor de mediu și a ajutorului în proiectarea strategiilor eficiente de control al poluării.

Măsurători de semnătură sau spectre

Oferă o semnătură spectrală a gazelor prezente, adesea afișată ca cromatogramă.Utilizat în tehnici analitice avansate, cum ar fi cromatografia pe gaz.Analiza detaliată a compoziției și concentrației gazelor ajută la identificarea contaminanților și la asigurarea purității produsului.

Aceste semnale sunt procesate pentru a furniza date în timp real asupra concentrațiilor de gaze, ajutând sisteme de control automate.

COMUN Semnale de ieșire de la senzorii de gaz	Funcții
Tensiune analogică	Un semnal electric continuu reprezentând informații variabile
Semnalele pulsului	scurte explozii de energie utilizate pentru sincronizare și sincronizare
Curenți analogici	curenți electrici variază în mărime pentru a transmite informații
Comutați sau releu ieșiri	mecanisme care deschid sau închid circuitele până la Controlează debitul electric

Diagramă 1: Semnal și funcții de ieșire a senzorului de gaz

Tipuri de senzor de gaz pe baza principiilor de lucru

Senzorii de gaz sunt clasificați după principiile lor de funcționare.Fiecare tip are caracteristici distincte, avantaje și dezavantaje, ceea ce le face potrivite pentru diverse aplicații și medii.

Senzor de gaz pe bază de oxid de semiconductor / metal

Figura 4: Piese senzor de gaz pe bază de oxid pe bază de oxid de oxid de oxid

Figura 5: Senzor de gaz semiconductor real

Acești senzori identifică gazele urmărind variațiile de rezistență la un semiconductor atunci când vine în contact cu gazele.În mod obișnuit, acestea încorporează o componentă de detectare a oxidului de metal, cum ar fi dioxidul de staniu (SNO2), plasat pe un substrat echipat cu electrozi și un element de încălzire.Natura poroasă a stratului de oxid de metal crește suprafața disponibilă pentru interacțiunile cu gaz.Pe măsură ce gazele sunt adsorbite pe acest strat, se produc modificări în conductivitatea electrică a senzorului, care la rândul său își modifică rezistența.Acești senzori sunt deosebit de sensibili la o gamă diversă de gaze și sunt rentabili la fabricare.Cu toate acestea, acestea necesită calibrare de rutină, iar performanța lor este influențată de temperatură și umiditate.

Avantaje:

• Structura simplă

• Cost scăzut

• Sensibilitate ridicată de detectare

• Viteza de reacție rapidă

Dezavantaje:

• Interval de măsurare mic

• Afectată de alte gaze și temperatură

Senzor de gaz electrochimic

Figura 6: Piese senzor electrochimice schematice

Figura 7: Exemplu de senzor electrochimic pentru detectarea gazelor toxice și inflamabile

Senzorii electrochimici cuantifică concentrația de gaze prin oxidarea sau reducerea gazului țintă la un electrod și înregistrând curentul pe care îl generează acest proces.Aceste dispozitive prezintă electrozi de lucru, contor și de referință, scufundați într-un electrolit, toate conținute într-o carcasă mică care include o membrană permeabilă cu gaz.Gazele trec prin această membrană și participă la o reacție redox la electrodul de lucru, producând un curent care este direct proporțional cu concentrația de gaz.Cunoscut pentru specificitatea și precizia lor excepționale, acești senzori pot fi compromisi de prezența altor gaze și tind să aibă o viață operațională finită datorită epuizării treptate a materialelor lor active.

Avantaje:

• Timp de răspuns rapid

• O ieșire liniară bună

• Precizie ridicată

Dezavantaje:

• Aveți nevoie de mediu bogat în oxigen

• Consumați electroliți lichizi

• Sensibili la modificări de temperatură, umiditate și presiune

Senzor de gaz cu infraroșu non-dispersiv (NDIR)

Figura 8: Piese senzor NDIR schematice

Figura 9: Senzor NDIR real

Senzorii NDIR utilizează o lumină infraroșie sursă și detector pentru a determina concentrațiile de gaz prin infraroșu absorbţie.Sunt echipate cu o sursă de lumină infraroșie, o cameră pentru gaz Probele, un filtru de lungime de undă și un detector infraroșu.Pe măsură ce gazele se absoarbe Lungimi de undă particulare ale luminii infraroșii, detectorul senzorului cuantifică Extinderea acestei absorbții pentru a evalua concentrația de gaz.Acești senzori se laudă Precizie ridicată și longevitate și nu sunt sensibile la otrăvirea cu senzori. Cu toate acestea, acestea tind să fie costisitoare și se limitează la detectarea gazelor care se absorb lumină infraroșu.

Avantaje:

• Măsoară gazele precum CO2

• Nu necesită oxigen

• Capacitate mare de concentrație de măsurare

• Stabilitate bună și costuri reduse de întreținere

Dezavantaje:

• Consum ridicat de energie

• scump

• Cerințe complexe de structură și software/hardware

Senzor de gaz catalitic

Figura 10: Piese senzor catalitice schematice

Figura 11: Exemplu de senzor catalitic

Senzorii catalitici identifică gazele inflamabile printr -o perlă catalitică care își modifică rezistența în timpul oxidării gazelor.Aceste Senzorii încorporează o perlă de detectare a catalizatorului alături de o referință Element, aranjat într -o configurație de punte Wheatstone în cadrul Protective carcase.Oxidarea gazelor combustibile pe suprafața catalizatorului produce Căldură, ceea ce duce la o schimbare de rezistență detectată de circuit.Eficient în Detectarea rapidă a concentrațiilor scăzute de gaz, acești senzori necesită Prezența oxigenului și poate fi compromisă de substanțe chimice specifice.

Avantaje:

• Rezistență puternică la climele dure și la gazele otrăvitoare

• Durata de viață lungă

• Costuri reduse de întreținere

Dezavantaje:

• Riscul de explozie sau foc în medii întunecate

• Sensibil la otrăvire prin compuși sulfură și halogen

• Erori mai mari în medii cu un nivel scăzut de oxigen

Detector de fotoionizare (PID)

Figura 12: Piese PID schematice

Figura 13: Exemplu PID

Detectoarele de fotoionizare (PID) utilizează lumină ultravioletă pentru a ioniza gazele și măsurarea curentului electric produs prin acești ioni pentru a evalua concentrațiile de gaz.Sistemul cuprinde o lampă UV, o Camera de ionizare și electrozi.Ionizarea moleculelor de gaz declanșează un curent electric pe electrozi, care se corelează direct cu Concentrația compușilor organici volatili (COV).PID -urile oferă o sensibilitate ridicată la COV -uri și capacități de detectare rapidă, deși sunt scumpe și performanțele lor Poate fi influențat de variabile de mediu, cum ar fi umiditatea și temperatura.

Avantaje:

• Sensibilitate ridicată

• Fără problemă de otrăvire

• Poate detecta peste 400 de tipuri de gaze organice volatile

Dezavantaje:

• Costul ridicat al înlocuirii lămpii

• Nu poate măsura aerul, gazele toxice sau gazele naturale

Senzor de gaz de conductivitate termică

Figura 14: Piese senzor de conductivitate termică schematică

Figura 15: Exemplu de senzor de conductivitate termică

Senzorii de conductivitate termică evaluează variații ale conductivității termice datorate diferitelor gaze.Acești senzori De obicei, încorporează două elemente termice, cum ar fi termistori sau termici Conductoare, aranjate într -o configurație a circuitului de punte.Un element este expus la gazul țintă în timp ce celelalte interfeță cu un gaz de referință.Modificări în Compoziția gazelor modifică conductivitatea termică în jurul senzorului, impactând temperatura și rezistența sa.Această modificare este apoi cuantificată de circuit. Aceste dispozitive sunt simple, robuste și capabile să detecteze multe gaze, deși oferă mai puțină sensibilitate și sunt sensibili la schimbări în ambientală temperatură.

Avantaje:

• Gama largă de detecție

• Stabilitate bună de lucru

• Durata de viață lungă

• Fără probleme de îmbătrânire a catalizatorului

Dezavantaje:

• Precizia slabă a detectării

• Sensibilitate scăzută

• Sensibil la derivă a temperaturii

Analizator de cromatograf de gaz

Figura 16: Piese schematice ale analizorului de cromatografie cu gaz

Figura 17: Analizatorul de cromatografie cu gaz actual

Analizatorii de cromatografie cu gaz disting și cuantificați componentele unui amestec de gaz folosind detectoare diverse.Ei constau dintr -un injector, o coloană cromatografică, un sistem de gaz purtător și un Detector, toate adăpostite într -un cadru controlat.Sunt introduse probe de gaz prin injectorul până la coloană, unde sunt separate în funcție de modul în care Ei interacționează cu materialul coloanei.Componentele separate sunt atunci detectat și măsurat de detector.Acești analizatori oferă o precizie ridicată și pot analiza amestecuri complexe, cu toate acestea sunt costisitoare, la manevrarea experților la cerere, și sunt mai greoaie în comparație cu alți senzori de gaz.

Avantaje:

• Sensibilitate ridicată

• Potrivit pentru analiza micro și a urmei

• Poate analiza gaze complexe de separare multifazică

Dezavantaje:

• Nu se poate obține eșantionare și analiză continuă

• Mai potrivit pentru analiza de laborator decât monitorizarea industrială a gazelor pe teren

Senzor de gaz pe bază de capacitate

Figura 18: Piese de senzor bazate pe capacitate schematică

Figura 19: Senzor bazat pe capacitate reală

Senzorii de capacitate identifică schimbările capacitate datorată modificărilor constantei dielectrice a unui gaz absorbit pe suprafața senzorului.Acești senzori sunt alcătuiți dintr -un condensator care Include un material dielectric reactiv la gazul țintă, proiectat de obicei pe o platformă MEMS pentru a îmbunătăți compactitatea.Absorbția moleculelor de gaz modifică constanta dielectrică, rezultând o modificare a capacității care este apoi cuantificat.În timp ce acești senzori sunt excepțional de sensibili și ideale pentru Detectarea umidității, acestea sunt sensibile la influențe de mediu, cum ar fi temperatură.

Avantaje:

• Sensibilitate ridicată

• Timp de răspuns rapid, potrivit pentru monitorizarea în timp real

• Consum redus de energie

Dezavantaje:

• Probleme de stabilitate pe termen lung

• Sensibilitate încrucișată la alte gaze

• Intervale de detectare limitate

Senzori de gaz pe bază de acustică

Figura 20: Piese de senzor de gaz pe bază de acustică schematică

Figura 21: Senzorii de gaz pe bază de acustică reală

Senzorii acustici funcționează pe baza concept că modificările compoziției gazelor afectează viteza sunetului în cadrul amestec.Sunt echipate cu un emițător și un receptor de undă sonoră, setat într -o cameră sau pe o cale în care amestecul de gaz poate interacționa cu valuri sonore.Variațiile proprietăților acustice datorate acestei interacțiuni sunt înregistrate și analizate.Acești senzori oferă monitorizare neinvazivă și Detectarea rapidă a schimbărilor, dar se pot confrunta cu provocări cu precizie și de multe ori au nevoie de calibrare regulată.

Avantaje:

• Detectați agenții nervilor și blisterului

• fără baterii, potrivit pentru aplicații wireless

• Utilizabil în părți dure și rotative

Dezavantaje:

• dificil de manevrat în timpul fabricării din cauza dimensiunilor mici

Senzor de gaz calorimetric

Figura 22: (a) Ilustrația schematică a structurii dispozitivului și a principiului de lucru și (b) fotografia unui dispozitiv calorimetric-TGS.(C) Schema și fotografia sistemului de măsurare pentru dispozitivele calorimetrice-TGS.

Senzorii calorimetrici detectează variații de căldură rezultând din reacții chimice între gazul țintă și un specific reactiv.Aceste dispozitive sunt echipate cu o cameră de reacție care conține un catalizator sau reactiv care, la reacția cu gazul, generează căldură.Acest creșterea sau scăderea temperaturii este apoi măsurată de un integrat senzor de temperatură.În timp ce acești senzori sunt deosebit de eficienți pentru Detectarea anumitor gaze, acestea tind să prezinte timp de reacție mai lent și mai puțin sensibilitate decât alte tipuri de senzori.

Avantaje:

• Timp de răspuns rapid pentru monitorizare în timp real

• Proiectare simplă

• Stabilitatea și fiabilitatea pe termen lung

• Consum redus de energie

Dezavantaje:

• Catalizatorii au o durată de viață limitată și se pot degrada

• Timpuri de răspuns mai lente pentru concentrații foarte mici de gaz

Senzor de gaz magnetic

Figura 23: Efecte magnetice utilizate pentru fabricarea dispozitivului de detectare a gazelor.(o) Efectul Hall, (b) Efectul Kerr.(c) efect de rezonanță ferromagnetică (FMR). (D) Efect magneto-plasmonic.(e) Moment magnetic sau efect de rotire.(f) Efectul de undă de spin magnetostatic (MSW).

Figura 24: Senzor magnetic actual

Senzorii magnetici folosesc magneticul caracteristicile gazelor specifice, cum ar fi oxigenul, pentru a le determina concentraţie.Aceste dispozitive prezintă materiale magnetice care le modifică proprietăți magnetice atunci când sunt expuse la anumite gaze.Aceste modificări sunt detectate de un senzor de câmp magnetic integrat în unitate.Modificarea în Se măsoară proprietățile magnetice cauzate de prezența gazului țintă analizat.Senzorii magnetici oferă o stabilitate ridicată și sunt în mare măsură impermeabili interferențe din alte gaze.Cu toate acestea, ele pot detecta doar gazele paramagnetice și tind să fie mai sofisticat și mai scump.

Avantaje:

• Funcționare non-invazivă

• Detectarea rapidă și monitorizarea în timp real

• Unele tipuri nu necesită putere externă

Dezavantaje:

• Complex și scump

• necesită calibrare frecventă

• Poate măsura gazele doar cu proprietăți magnetice specifice

• incapabil de câmpurile magnetice externe și schimbările de temperatură

Componente ale unui senzor de gaz de oxid de metal

Figura 25: Componente schematice ale unui senzor de gaz de oxid de metal

Strat de detectare a gazelor: stratul de detectare a gazului este miezul senzorului, detectând modificările concentrației de gaz.Acționează ca un chimiresistor, schimbând rezistența atunci când este expus la gaze specifice.De obicei, din dioxid de staniu (SNO₂), care are exces de electroni (elemente donatoare), modifică rezistența în prezența gazelor toxice.Această schimbare de rezistență afectează debitul curent, corelându -se cu concentrația de gaz, făcând stratul de detectare a gazului, pentru o detectare precisă a gazelor.

Bobină de încălzire: bobina încălzitorului crește sensibilitatea și eficiența stratului de detectare a gazului, păstrându -l la o temperatură ridicată.Fabricat din nichel-crom, cunoscut pentru punctul său de topire ridicat, rămâne stabil sub căldură constantă.Această încălzire activează stratul de detectare a gazelor, permițându -i să răspundă mai bine la gaze.Bobina de încălzire asigură o performanță optimă a senzorului prin furnizarea de energie termică în mod constant.

Linia electrodului: linia electrodului transmite eficient curenții mici din stratul de detectare a gazului.Construit din platină, apreciat pentru conductivitatea sa, asigură transmiterea și măsurarea exactă a curentului.Această mișcare eficientă a electronilor este bună pentru exactitatea senzorului în detectarea gazelor.

Electrod: electrodul conectează ieșirea stratului de detectare a gazului la linia electrodului.Fabricat din aur (Au - Aurum), un conductor superior, asigură o rezistență minimă și o transmisie eficientă a curentului.Această conexiune este importantă pentru măsurători precise privind concentrația de gaze, permițând transferul de semnal electric perfect de la elementul de detectare la terminalele de ieșire.

Ceramică tubulară: ceramica tubulară, de obicei din oxid de aluminiu (Al₂o₃), se află între bobina încălzitorului și stratul de detectare a gazului.Punctul său de topire ridicat susține procesul de ardere al stratului de detectare, menținând sensibilitate ridicată și curent de ieșire eficient.Ceramica tubulară oferă stabilitate structurală și izolație termică, protejând părțile interne ale senzorului și îmbunătățind durabilitatea și performanța.

Plasa peste elementul de detectare: o plasă metalică acoperă elementul de detectare, protejând componente sensibile de praf și particule corozive.Această plasă protejează senzorul de contaminanții externi și menține integritatea și longevitatea stratului de detectare a gazelor.Prin filtrarea particulelor nocive, plasă asigură senzorul să funcționeze exact și în mod fiabil pe perioade lungi.

Cum funcționează senzorii de gaz?

Tehnologie de bază

Senzorii de gaz folosesc un chimiresistor, obținut de obicei din dioxid de staniu (SNO2).SNO2 este un semiconductor de tip N care are mulți electroni liberi, care sunt buni pentru conducerea electricității.

Funcționați în aer curat

În aer curat, moleculele de oxigen din atmosferă se atașează la suprafața Sno2.Aceste molecule de oxigen surprind electroni liberi din SNO2, creând o barieră care oprește fluxul de curent.Prin urmare, producția senzorului este zero sau la o bază de bază.

Reacția la gazele toxice sau combustibile

Când sunt expuse la gaze toxice sau combustibile, aceste gaze reacționează cu oxigenul de pe suprafața SNO2, eliberând electronii prinși.Această creștere a electronilor liberi crește conductivitatea SNO2.Nivelul acestei schimbări de conductivitate se potrivește cu concentrația gazului.

Cum se folosește un senzor de gaz?

Figura 26: Modulul senzorului de gaz și 4 terminale

Un senzor de gaz de bază are șase terminale: patru pentru intrare/ieșire (etichetat A, A, B, B) și două pentru încălzirea bobinei (etichetat H, H).Terminalele de intrare/ieșire pot fi utilizate în mod interschimbabil.Senzorii de gaz vin adesea ca module care includ senzorul în sine și un IC comparator.Aceste module au de obicei patru terminale: VCC (sursă de alimentare), GND (sol), ieșire digitală (un semnal care indică prezența gazului) și o ieșire analogică (o tensiune continuă care indică concentrația de gaz).

Creșterea ieșirii senzorului

Deoarece singur senzorul de gaz produce o putere mică (în milivoli), este necesar un circuit extern pentru a converti această ieșire într -un semnal digital.Această conversie folosește un comparator (în mod obișnuit un LM393), un potențiometru reglabil și rezistențe și condensatoare suplimentare.Comparatorul LM393 ia ieșirea senzorului, îl compară cu o tensiune de referință și oferă o ieșire digitală.Potențiometrul stabilește nivelul de concentrație de gaz care declanșează o putere ridicată.

Diagrama de circuit de bază a unui modul de senzor de gaz

Figura 27: Diagrama de bază a circuitului unui senzor de gaz într -un modul de senzor de gaz

Circuitul senzorului de gaz include terminale de intrare/ieșire (A și B) și terminale de încălzire (H).Bobina de încălzire trebuie să primească suficientă tensiune pentru a activa senzorul.Fără această tensiune de intrare, curentul de ieșire este neglijabil.Odată alimentat, stratul de detectare poate detecta gaze.

Fără gaz prezent:

Rezistența stratului de detectare rămâne neschimbată, ceea ce duce la un curent de ieșire minim.

Gaz prezent:

Bobina preîncălzită facilitează detectarea prin schimbarea rezistenței materialului, modificând fluxul de curent la rezistența la sarcină (RL).

Valoarea RL, de obicei între 10kΩ și 47kΩ, este calibrată pe baza sensibilității dorite la concentrația de gaz.Valorile de rezistență mai mici reduc sensibilitatea, în timp ce valorile de rezistență mai mari cresc sensibilitatea.Circuitul include, de asemenea, un OP-AMP LM393, care transformă semnalul analogic într-unul digital.Un potențiometru de la bord 10K permite reglarea sensibilității modulului senzorului.Două LED -uri oferă indicatori vizuali: unul pentru putere (indicând că placa este alimentată) și unul pentru declanșare (indicând că a fost atins pragul de set).Condensatoarele de decuplare reduc zgomotul, asigurând citiri stabile și precise ale senzorilor.

Cei mai populari senzori de gaz

Seria MQ de senzori de gaz semiconductor, inclusiv modele precum 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 și MQ-309A, sunt bine apreciate pentru fiabilitatea și exactitatea lor în diverse aplicații.Acești senzori îndeplinesc o gamă largă de cerințe de mediu și industriale.

Figura 28: Tabelul diferitelor tipuri de senzor de gaz

MQ-2: Detectează gazele combustibile și fumul.

Preîncălziți senzorul timp de 24 de ore.Calibrați cu o concentrație cunoscută a gazului țintă, cum ar fi 1000 ppm de metan.Reglați rezistența la sarcină pe baza tensiunii de ieșire.

Observați creșterea lentă a rezistenței pe măsură ce încălzitorul intern se stabilizează.Asigurați -vă că senzorul s -a încălzit complet înainte de a lua lecturi pentru a evita inexactitățile.

MQ-3: Detectarea vaporilor de alcool, adesea folosită în respirație.

Încălziți senzorul timp de cel puțin 48 de ore înainte de utilizarea inițială.Calibrați cu 0,4 mg/L alcool în aer.Reglați rezistența de încărcare pentru a se potrivi cu nevoile specifice ale aplicației.

Monitorizați deriva de sensibilitate în timpul calibrării și reglați intervalele pe baza stabilității.Înregistrați temperatura și umiditatea ambiantă, deoarece acestea afectează precizia.

MQ-4: Detectarea metanului și a gazelor naturale.

Preîncălziți timp de 24 de ore.Calibrați într -un mediu controlat cu metan de 5000 ppm.Reglați rezistența de încărcare în consecință.

Monitorizați îndeaproape timpul de răspuns.Răspuns lent poate indica probleme cu încălzitorul sau stabilitatea temperaturii din mediu.

MQ-5: GPL, gaze naturale și detectarea gazelor de cărbune.

Similar cu MQ-4, dar calibrați pentru mai multe gaze folosind concentrații specifice.

Mențineți un mediu stabil în timpul calibrării.Fluctuațiile de temperatură pot provoca variații semnificative în lecturi.

MQ-6: Detectează GPL, butan, izobutan și propan.

Preîncălziți și calibrați ca în cazul MQ-5.Asigurați ventilația corespunzătoare pentru a evita concentrațiile de gaze periculoase în timpul calibrării.

Acordați atenție timpului de recuperare al senzorului după expunerea la concentrații mari de gaz.Expunerea prelungită poate satura senzorul, necesitând o perioadă de recuperare mai lungă.

MQ-7: Detectarea monoxidului de carbon.

Preîncălziți timp de 48 de ore.Calibrați într -un mediu Co de 100 ppm.Reglați rezistența de încărcare pentru a se potrivi cu sensibilitatea dorită.

Observați comportamentul sub temperaturi fluctuante, deoarece senzorii CO sunt sensibili la schimbările de temperatură.Implementați un algoritm de compensare, dacă este necesar.

MQ-8: Detectarea gazelor de hidrogen.

Preîncălziți timp de 24 de ore.Calibrați într -un mediu de hidrogen de 1000 ppm.Reglați rezistența la sarcină pentru performanțe optime.

Asigurați -vă că mediul de calibrare este lipsit de alte gaze și contaminanți, deoarece senzorii de hidrogen sunt foarte sensibili la contaminare.

MQ-9: Detectează monoxidul de carbon și gazele inflamabile.

Preîncălziți timp de 48 de ore.Calibrați separat pentru CO și gaze inflamabile folosind concentrații cunoscute.Reglați rezistențele de încărcare pentru fiecare detectare a gazelor.

Asigurați -vă că calibrarea pentru un gaz nu interferează cu sensibilitatea la cealaltă.Concentrați -vă pe capacitatea de detectare a gazelor duale.

MQ-131: Detectarea ozonului.

Preîncălziți timp de 24 de ore.Calibrați într -un mediu de ozon de 0,1 ppm.Reglați rezistența la sarcină în consecință.

Verificați în mod regulat sensibilitatea senzorului și recalibrați, deoarece senzorii de ozon se pot degrada în timp cu expunerea la concentrații mari.

MQ-135: Senzor de calitate a aerului care detectează NH3, NOX, alcool, benzen, fum și CO2.

Preîncălziți timp de 24 de ore.Utilizați diverse medii de gaze controlate pentru a calibra fiecare gaz specific.

Mențineți o înregistrare detaliată a setărilor de calibrare pentru fiecare tip de gaz.Recalibrarea regulată este bună pentru a menține precizia datorită gamei largi de gaze detectabile.

MQ-136 la MQ-309A: Fiecare senzor vizează gaze specifice și are o calibrare similară descrisă ca MQ-135.

Preîncălziți timp de 24 de ore și utilizați diverse medii de gaze controlate pentru a calibra fiecare gaz specific.

Înțelegeți sensibilitățile specifice și sensibilitățile încrucișate ale fiecărui senzor.Întreținerea regulată, calibrarea și controlul mediului sunt esențiale pentru performanțe optime.

Aplicații de senzor de gaz

Siguranța industrială: în mediile industriale, senzorii de gaz monitorizează gazele toxice precum monoxidul de carbon, metanul și sulfura de hidrogen.Acești senzori sunt instalați în zone predispuse la scurgeri, cum ar fi plantele chimice, unitățile de fabricație și instalațiile de depozitare.Ele funcționează continuu, trimițând date în timp real către un sistem de control central.Când nivelurile de gaz depășesc pragurile de setare, sistemul declanșează alarme și opriri automate pentru a preveni pericolele.Operatorii calibrează în mod obișnuit acești senzori, efectuând verificări de câmp și calibrări cu distanță zero pentru a asigura precizia.

Siguranța gospodăriei: acasă, senzorii de gaz detectează scurgeri de gaze naturale sau propan, prevenind explozii sau otrăviri.Acești senzori fac parte adesea din sisteme inteligente pentru locuințe, care avertizează proprietarii de case prin intermediul smartphone -urilor sau contactând serviciile de urgență.De obicei, sunt instalate în bucătării, subsoluri sau în apropierea aparatelor de gaz.Proprietarii de case ar trebui să testeze în mod regulat aceste dispozitive și să înlocuiască bateriile, după cum este necesar, pentru a le menține funcționale.

Industria petrolului și a gazelor: pe platformele petroliere, senzorii de gaz monitorizează compuși organici volatili (COV) și alte gaze periculoase.Acești senzori sunt construiți pentru a rezista la condiții dure în larg, cum ar fi temperaturile extreme și umiditatea.Acestea fac parte dintr -un sistem de siguranță mai mare care include controale de ventilație și mecanisme de oprire de urgență.Inspecțiile zilnice asigură că senzorii sunt lipsiți de contaminanți și funcționează corect, cu ajustări la fața locului realizate folosind dispozitive de calibrare portabile.

Industria ospitalității: În hoteluri, senzorii de gaz aplică politici de fumat în mod nefumător prin detectarea fumului de țigară și declanșarea sistemelor de ventilație sau a alarmelor.Instalați discret în camere de oaspeți și zone comune, acești senzori ajută la gestionarea hotelului să abordeze prompt încălcările și să mențină un mediu fără fum.Întreținerea regulată Verifică senzorii curăță senzorii și își verifică sensibilitatea la particule de fum.

Medii de birou: în clădirile de birouri, senzorii de gaz monitorizează calitatea aerului interior, concentrându -se pe poluanți precum dioxidul de carbon, COV și particule.Integrate cu sisteme HVAC, acești senzori reglează fluxul de aer pentru a asigura un spațiu de lucru sănătos.Managerii facilităților analizează datele senzorilor pentru a optimiza ventilația, reducând costurile de energie, menținând în același timp calitatea aerului.Calibrarea periodică și actualizările software sunt efectuate pentru a îmbunătăți performanța senzorului.

Sisteme de aer condiționat: senzorii de gaz din aer condiționat gestionează nivelul de CO2, îmbunătățind calitatea aerului interior.O parte dintr-un sistem automat, acestea ajustează ratele de ventilație pe baza concentrațiilor de CO2 în timp real.Tehnicienii verifică funcționalitatea senzorului în timpul întreținerii de rutină pentru a asigura citiri exacte și o calitate optimă a aerului.

Sisteme de detectare a incendiilor: senzorii de gaz în sistemele de detectare a incendiilor identifică fum și gaze toxice precum monoxidul de carbon timpuriu.Acestea oferă avertismente, permițând măsuri de evacuare în timp util și controlul incendiilor.Personalul de siguranță la incendiu testează în mod regulat aceste sisteme prin simularea condițiilor de fum pentru a asigura reacția și fiabilitatea senzorului.

Operații miniere: În minerit, senzorii de gaz detectează gaze periculoase precum metanul și monoxidul de carbon, pentru siguranța lucrătorilor.Acești senzori fac parte dintr -un sistem de siguranță în rețea, oferind monitorizare continuă și ajustări automate de ventilație.De asemenea, minerii poartă detectoare de gaze portabile ca o măsură suplimentară de siguranță.Pregătirea regulată asupra utilizărilor senzorilor și a procedurilor de răspuns la situații de urgență asigură pregătirea.

Analize de respirație: senzorii de gaz din analizatorii de respirație măsoară conținutul de alcool din sânge (BAC) prin detectarea etanolului în respirație.Utilizate de aplicarea legii și de persoane pentru monitorizare, aceste dispozitive necesită calibrarea cu standarde de etanol cunoscute pentru a menține precizia.Utilizatorii urmăresc protocoale stricte, cum ar fi asigurarea că dispozitivul este la temperatura corectă și evitarea contaminării, pentru a asigura rezultate fiabile.

Concluzie

Pe măsură ce tehnologia progresează, senzorii de gaz devin din ce în ce mai puternici și mai largi, îmbunătățindu -le performanța și făcându -le necesare în multe domenii, inclusiv siguranța industrială și securitatea gospodăriei.Înțelegerea modului în care funcționează senzorii de gaz și modul de menținere a acestora evidențiază importanța lor tehnică și contribuția lor semnificativă la protejarea vieții și îmbunătățirea calității împrejurimilor noastre.Indiferent dacă în fabrici, case sau spații publice, senzorii de gaz sunt esențiali pentru un viitor mai sigur și mai sănătos.Pe măsură ce tehnologia progresează, senzorii de gaz devin din ce în ce mai avansați și bine dezvoltați, îmbunătățindu -le performanțele și ceea ce le face indispensabile în multe domenii, inclusiv siguranța industrială și securitatea gospodăriei.

Întrebări frecvente [FAQ]

1. Care sunt senzorii de gaz?

Un senzor de gaz este un dispozitiv care detectează prezența și concentrația de gaze în aer.Transformă informațiile chimice din gaz într -un semnal electronic care poate fi măsurat și analizat.

2. Care este scopul unui senzor de gaz?

Scopul principal al unui senzor de gaz este monitorizarea și detectarea scurgerilor de gaz sau prezența gazelor periculoase.Ajută la asigurarea siguranței, oferind avertismente timpurii ale nivelului de gaze periculoase, prevenirea accidentelor și asigurarea respectării reglementărilor de siguranță.

3. Care sunt avantajele senzorului de gaz?

Senzorii de gaz sunt dispozitive care detectează și măsoară concentrațiile de gaze în aer, asigurând siguranța prin furnizarea de avertismente timpurii asupra gazelor periculoase.Sunt corecte, oferind măsurători precise și sporesc siguranța în diferite medii prin detectarea timpurie.Senzorii de gaz pot fi integrați în sisteme automate pentru monitorizare continuă, reducând nevoia de inspecții manuale și scăderea costurilor forței de muncă.Versatilitatea lor le permite să detecteze o gamă largă de gaze, ceea ce le face adecvate pentru numeroase aplicații, de la instalații industriale și monitorizarea mediului până la setări rezidențiale și setări medicale.Un exemplu este un senzor de monoxid de carbon în casele care avertizează ocupanții asupra nivelurilor periculoase de gaz CO.

4. Unde sunt folosiți senzorii de gaz?

Senzorii de gaz sunt utilizați pe scară largă în diverse industrii și setări, inclusiv monitorizarea gazelor din fabricile de fabricație, rafinării și fabrici chimice pentru a asigura siguranța industrială.Măsurarea calității aerului și detectarea nivelului de poluare pentru protecția mediului.Detectarea scurgerilor de monoxid de carbon și a gazelor naturale în case pentru siguranță rezidențială.Monitorizarea gazelor respiratorii în cadrul asistenței medicale.Și detectarea emisiilor de gaze în vehicule pentru a asigura respectarea standardelor de mediu.

5. Care este un exemplu de senzor de gaz?

Un exemplu obișnuit de senzor de gaz este senzorul de monoxid de carbon (CO) utilizat în case.Acest senzor detectează gazul CO, care este incolor și inodor, oferind o alarmă atunci când sunt prezente niveluri periculoase pentru a preveni otrăvirea.

6. Cum să lucrezi un senzor de gaz?

Un senzor de gaz funcționează expus la un gaz țintă, care interacționează cu materialul de detectare al senzorului, provocând o reacție chimică care schimbă proprietățile senzorului.Această modificare este transformată într -un semnal electronic, care este apoi procesat și măsurat pentru a oferi o ieșire lizibilă, cum ar fi o valoare numerică sau o alarmă.De exemplu, un senzor de monoxid de carbon într -o casă monitorizează continuu aerul.Dacă este detectat gazul CO, acesta reacționează cu senzorul, creând un semnal electronic care declanșează o alarmă dacă nivelurile de CO sunt prea mari, avertizându -vă de pericol.