Uvod u senzore na plin: gradnja, vrste i rad

Senzori plina najbolji su uređaji u modernoj tehnologiji, u nadzoru i otkrivanju različitih plinova u mnoštvu okruženja.Njihova sposobnost pretvaranja razine plina u električne signale fizičkim ili kemijskim reakcijama čini ih vrijednim za primjene u rasponu od industrijske sigurnosti do sigurnosti kućanstva.

Ovaj članak govori o različitim vrstama senzora plina, istražujući njihove principe rada, prednosti i ograničenja.Ispitujući komponente i funkcionalnosti ovih senzora, posebno široko korištenih senzora plina metalnog oksida, možemo shvatiti njihov značaj u osiguravanju sigurnosti, održavanja kvalitete zraka i podržavanju različitih industrijskih procesa.Razumijevanje praktične uporabe, umjeravanja i održavanja ovih senzora povećava njihovu pouzdanost i točnost, čineći ih vrhunskim alatima u profesionalnim i domaćim okruženjima.

Katalog

Slika 1: senzor plina

Što je senzor plina?

Senzor plina je uređaj dizajniran za otkrivanje prisutnosti ili koncentracije plinova u okolišu.Djeluje mjerenjem promjena u otporu njegovog unutarnjeg materijala, što stvara razliku napona.Ova razlika na naponu pomaže identificirati i procijeniti vrstu i količinu prisutnog plina.Specifični plinovi iz kojih senzor može otkriti ovisno o materijalu od kojeg se izrađuje.

Senzori plina pretvaraju razinu plina u električne signale fizičkim ili kemijskim reakcijama.Ovi se signali obrađuju kako bi pružili čitljive podatke.Posebno su korisni za otkrivanje otrovnih i štetnih plinova, kao i curenja prirodnog plina.Senzori plina mjere zapaljive, zapaljive i otrovne plinove, pa čak i razine kisika, što ih čini dobrim za nadzor sigurnosti i kvalitete zraka.

Standard za performanse senzora plina

Prilikom odabira senzora plina mora se pažljivo procijeniti nekoliko ključnih specifikacija mjerenja kako bi se osigurala njihova učinkovitost i točnost u aplikacijama za otkrivanje plina.Te su specifikacije kriteriji za performanse senzora, posebno u postavkama u kojima je sigurnost glavni prioritet i u sustavima za kontrolu procesa.

Vrijeme odziva

Vrijeme odziva je interval između početnog kontakta plina sa senzorom i naknadne obrade signala senzora.Ovaj parametar koji zahtijeva trenutno otkrivanje plina kako bi se spriječilo opasne incidente ili održavala integritet procesa.Kraće vrijeme odziva preferiraju se u okruženjima u kojima brzo otkrivanje može smanjiti rizik, poput kemijskih biljaka ili zatvorenih prostora s potencijalnim curenjem plina.U praktičnim operacijama, senzor plina s vremenom odziva manjim od 10 sekundi idealan je za otkrivanje naglih curenja.To omogućava brzine brzog odgovora, poput evakuacije ili isključivanja sustava.

Slika 2: Vrijeme odgovora i oporavka senzora plina

Udaljenost detekcije

Udaljenost detekcije je maksimalni raspon na kojem senzor može učinkovito otkriti plin iz svog izvora ili curenja.Ova specifikacija diktira gdje treba postaviti senzore kako bi se osiguralo sveobuhvatno nadgledanje.U velikim industrijskim postavkama senzori se moraju postaviti strateški kako bi pokrili cijeli objekt, osiguravajući da se otkriju čak i manja emisija plina prije nego što eskaliraju na opasne razine.Na primjer, senzori s razmakom detekcije od 1-2 metra često se postavljaju u blizini potencijalnih točaka curenja, dok oni s većim rasponima (do 10 metara) mogu nadzirati šira područja s središnjih lokacija.

Brzina protoka

Slika 3: Shematski prikaz senzora protoka plina

Brzina protoka predstavlja volumen zraka ili plina koji mora teći preko senzora kako bi se stvorio signal koji se može otkriti.Da bi se zajamčila precizno očitavanje koncentracije plina, ovu brzinu treba pravilno postaviti.Neadekvatne brzine protoka mogu dovesti do odgođenog otkrivanja ili lažnih pozitivnih rezultata, ugrožavajući sigurnost i operativnu učinkovitost.Operatori mogu prilagoditi ventilacijske sustave ili koristiti pomoćne ventilatore za održavanje optimalnih brzina protoka među senzorima.Osiguravanje brzine protoka od 0,5 do 2 litre u minuti kroz senzor može značajno poboljšati točnost otkrivanja u okruženjima s promjenjivim uvjetima protoka zraka.

Parametar izlaza senzora

Senzori plina mjere i prijavljuju otkrivene plinove u različitim formatima kako bi zadovoljili različite potrebe za nadgledanjem.

Postotak LEL (niža granica eksploziva)

Mjeri najmanju koncentraciju zapaljivog plina koji može održati plamen kada se pomiješa s zrakom i zapali.Potrebno za sigurnost u okruženjima s eksplozivnim plinovima.Čitanje 0% LEL -a ukazuje na to da nema plina, dok 100% LEL znači da je koncentracija plina dostigla svoju zapaljivu granicu, što predstavlja značajan rizik od eksplozije.Operatori prate LEL kako bi osigurali da razina plina ostane ispod opasnih pragova.Redovne provjere i neposredna radnja na visokim očitanjima kako bi se spriječile nesreće.

Postotak volumena

Izračunava volumen rastvora podijeljenog s ukupnim volumenom svih komponenti, pomnoženo sa 100%.Manje uobičajeno za otkrivanje plina, ali korisne za primjene koje uključuju interakcije plina-tekućine.Točno mjerenje koncentracije plina u tekućim smjesama pomaže u kontroli kvalitete i optimizaciji procesa.

Dijelovi na milijun (ppm)

Mjere koncentracije plina u PPM -u, omogućujući precizno praćenje vrlo niske razine plina.Potrebno za otkrivanje plinova u tragovima u nadzoru okoliša i kontroli kvalitete.Kontinuirano praćenje osigurava poštivanje sigurnosnih i okolišnih propisa.Male fluktuacije prate se kako bi se rano identificirali potencijalna pitanja.

Mjerenja istjecanja (ML/min)

Označava brzinu kojom plin bježi iz sustava.Pomaže u prepoznavanju i kvantificiranju curenja.Koristeći ove informacije, operatori mogu osigurati integritet sustava, izbjeći velike gubitke i izvršiti održavanje i popravke na vrijeme.

Mjerenja potrošnje (ml/l/hr.)

Odražava brzinu kojom se u procesu troši plin.Izvrsno za upotrebu u industrijskim procesima i biološkim istraživanjima.Moguće je identificirati neučinkovitost i optimizirati procese pazeći na stopu potrošnje plina.

Mjerenja gustoće (mg/m³)

Pruža uvid u fizička svojstva plina u određenom volumenu.Korisno u kontroli zagađenja i procjeni kvalitete zraka.Osigurava pridržavanje okolišnih standarda i AIDS u dizajniranju učinkovitih strategija za kontrolu onečišćenja.

Mjerenja potpisa ili spektra

Nudi spektralni potpis prisutnih plinova, često prikazanih kao kromatogram.Koristi se u naprednim analitičkim tehnikama poput plinske kromatografije.Detaljna analiza sastava i koncentracije plina pomaže u identificiranju onečišćenja i osiguravanju čistoće proizvoda.

Ovi se signali obrađuju kako bi pružili podatke u stvarnom vremenu o koncentracijama plina, pomažući automatiziranim upravljačkim sustavima.

Uobičajen Izlazni signali iz senzora plina	Funkcije
Analogni napon	kontinuirani električni signal predstavljajući varijabilne informacije
Pulsni signali	Kratki naleti energije koji se koriste za vrijeme i sinkronizacija
Analogne struje	Električne struje koje se razlikuju u veličini prenijeti informacije
Prebacite ili relejni izlazi	mehanizmi koji otvaraju ili zatvaraju krugove kontrolni električni protok

Grafikon 1: Izlazni signal i funkcije senzora plina

Vrste senzora plina na temelju principa rada

Senzori plina kategorizirani su prema njihovim principima rada.Svaka vrsta ima različite karakteristike, prednosti i nedostatke, što ih čini prikladnim za razne aplikacije i okruženja.

Senzor plina na bazi poluvodiča / metala

Slika 4: Shematski dijelovi senzora plina na bazi poluvodiča / metala

Slika 5: Stvarni senzor plina poluvodiča

Ovi senzori identificiraju plinove prateći varijacije otpornosti poluvodiča kada uđe u kontakt s plinovima.Obično sadrže komponentu osjetljivosti metalnog oksida, poput kositnog dioksida (SNO2), stavljenu na supstrat opremljen elektrodama i grijaćim elementom.Porozna priroda sloja metalnog oksida povećava površinu dostupnu za interakcije plina.Kako se plinovi adsorbiraju na ovaj sloj, promjene se događaju u električnoj vodljivosti senzora, što zauzvrat modificira njegov otpor.Ovi su senzori posebno osjetljivi na raznoliki niz plinova i isplativi su za proizvodnju.Unatoč tome, zahtijevaju rutinsku kalibraciju i na njihovu izvedbu utječe temperatura i vlaga.

Prednosti:

• Jednostavna struktura

• Niski troškovi

• Visoka osjetljivost otkrivanja

• Brza brzina reakcije

Nedostaci:

• Mali raspon mjerenja

• pogođeni drugim plinovima i temperaturi

Elektrokemijski senzor plina

Slika 6: Shematski dijelovi elektrokemijskih senzora

Slika 7: Primjer elektrokemijskog senzora za toksično i zapaljivo otkrivanje plina

Elektrokemijski senzori kvantificiraju koncentraciju plinova oksidirajući ili smanjujući ciljni plin na elektrodi i bilježe struju koju ovaj postupak stvara.Ovi uređaji sadrže radne, kontra i referentne elektrode potopljene u elektrolit, a sve sadržano u malom kućištu koje uključuje membranu koja propusna plina.Plinovi prolaze kroz ovu membranu i sudjeluju u redoks reakciji na radnoj elektrodi, stvarajući struju koja je izravno proporcionalna koncentraciji plina.Poznati po svojoj izuzetnoj specifičnosti i preciznosti, ovi senzori mogu biti ugroženi prisutnošću drugih plinova i imaju tendenciju da imaju konačni operativni vijek zbog postupnog iscrpljivanja njihovih aktivnih materijala.

Prednosti:

• Vrijeme brzog odziva

• Dobar linearni izlaz

• visoka točnost

Nedostaci:

• Trebate okoliš bogato kisikom

• Konzumirajte tekuće elektrolite

• Osjetljivo na temperaturu, vlagu i promjene tlaka

Ne-disperzivni senzor plina

Slika 8: Shematski dijelovi senzora NDIR

Slika 9: Stvarni NDIR senzor

NDIR senzori koriste infracrveno svjetlo Izvor i detektor za određivanje koncentracije plina putem infracrvenog apsorpcija.Opremljeni su infracrvenim izvorom svjetla, komorom za plin Uzorci, filter valne duljine i infracrveni detektor.Kako plinovi apsorbiraju Posebne valne duljine infracrvenog svjetla, detektor senzora kvantificira Opseg ove apsorpcije za procjenu koncentracije plina.Ovi senzori se mogu pohvaliti Visoka točnost i dugovječnost i nisu osjetljivi na trovanje senzora. Međutim, obično su skupe i ograničeni su na otkrivanje plinova koji apsorbiraju Infracrveno svjetlo.

Prednosti:

• mjeri plinove poput CO2

• Ne zahtijeva kisik

• Visoka sposobnost koncentracije mjerenja

• Dobra stabilnost i niski troškovi održavanja

Nedostaci:

• Velika potrošnja energije

• Skupo

• Složena struktura i zahtjevi softvera/hardvera

Senzor katalitičkog plina

Slika 10: Shematski dijelovi katalitičkih senzora

Slika 11: Primjer katalitičkog senzora

Katalitički senzori identificiraju zapaljive plinove Kroz katalitičku kuglu koja mijenja njegov otpor tijekom oksidacije plina.Oni Senzori uključuju osjetilnu perlu obloženu katalizatorom uz referencu element, raspoređen u konfiguraciji mosta Wheatstone u zaštiti Kućišta.Oksidacija zapaljivih plinova na površini katalizatora proizvodi Toplina, što dovodi do promjene otpora koji je otkrio krug.Učinkovit u Brzo otkrivajući niske koncentracije plina, ovi senzori zahtijevaju Prisutnost kisika i može biti ugrožena specifičnim kemijskim tvarima.

Prednosti:

• Snažan otpor oštrim klimama i otrovnim plinovima

• Dugi radni život

• Niski troškovi održavanja

Nedostaci:

• Rizik od eksplozije ili požara u tamnim okruženjima

• Osjetljiv na trovanje sulfidnim i halogenim spojevima

• Veće pogreške u okruženjima s niskim kisikom

Fotoionizacijski detektor (PID)

Slika 12: Shematski PID dijelovi

Slika 13: PID primjer

Fotoionizacijski detektori (PID) koriste Ultraljubičasto svjetlo za ionizaciju plinova i mjerenje proizvedene električne struje ovim ionima za procjenu koncentracije plina.Sustav sadrži UV svjetiljku, an Ionizacijska komora i elektrode.Ionizacija molekula plina pokreće Električna struja preko elektroda, koja je izravno u korelaciji s Koncentracija hlapljivih organskih spojeva (VOC).PID -ovi nude visoku osjetljivost na VOC -ove i brze mogućnosti otkrivanja, iako su skupe i njihov izvedba Na varijable okoliša mogu utjecati na okolišne varijable poput vlage i temperature.

Prednosti:

• Visoka osjetljivost

• Nema problema s trovanjem

• Može otkriti preko 400 vrsta isparljivih organskih plinova

Nedostaci:

• Visoki troškovi zamjene svjetiljke

• Ne mogu mjeriti zrak, otrovni plinovi ili prirodni plin

Toplinska vodljivost senzor plina

Slika 14: Shematski dijelovi osjetnika toplinske vodljivosti

Slika 15: Primjer osjetnika toplinske vodljivosti

Senzori toplinske vodljivosti procjenjuju Varijacije toplinske vodljivosti zbog različitih plinova.Ovi senzori Obično ugradite dva toplinska elementa, poput termistora ili termalnog Voditelji, raspoređeni u konfiguraciji mosta.Izložen je jedan element do ciljanog plina, dok ostala sučelja s referentnim plinom.Mijenja se u Sastav plina mijenja toplinsku vodljivost oko senzora, utječući njegova temperatura i otpor.Ova promjena se zatim kvantificira krugom. Ovi su uređaji izravni, robusni i sposobni otkriti mnoge plinove, Iako nude manju osjetljivost i osjetljivi su na promjene u ambijentu temperatura.

Prednosti:

• Širok raspon otkrivanja

• Dobra radna stabilnost

• Dugi radni život

• Nema problema sa starenjem katalizatora

Nedostaci:

• Loša točnost otkrivanja

• Niska osjetljivost

• Osjetljivo na temperaturni nagib

Analizator plinskih kromatografa

Slika 16: Shematski dijelovi analizatora plinskog kromatografa

Slika 17: Stvarni analizator plinskog kromatografa

Analizatori plinske kromatografije razlikuju i kvantificirajte komponente plinske smjese pomoću različitih detektora.Oni sastoje se od injektora, kromatografskog stupca, plinskog sustava nosača i a detektor, svi smješteni u kontroliranom okruženju.Uvodi se uzorci plina Kroz injektor u stupac, gdje su razdvojeni prema tome kako Oni komuniciraju s materijalom stupca.Tada su odvojene komponente otkriveno i mjereno detektorom.Ovi analizatori nude visoku preciznost i mogu analizirati zamršene smjese, ali one su skupe, potražnja stručnjaka i više su glomazniji u usporedbi s drugim senzorima plina.

Prednosti:

• Visoka osjetljivost

• Prikladno za analizu mikro i traga

• Može analizirati složene višefazne plinove za razdvajanje

Nedostaci:

• Ne mogu postići kontinuirano uzorkovanje i analizu

• Pogodnije za laboratorijsku analizu od praćenja plina u industrijskom terenu

Senzor plina na bazi kapacitivnosti

Slika 18: Shematski dijelovi senzora na temelju kapaciteta

Slika 19: Stvarni senzor koji se temelji na kapacitivnosti

Senzori kapacitivnosti identificiraju pomake u Kapacitet zbog izmjena u dielektričnoj konstantu apsorbiranog plina na površinu senzora.Ti se senzori sastoje od kondenzatora koji Uključuje dielektrični materijal reaktivan na ciljni plin, obično dizajniran na MEMS platformi za poboljšanje kompaktnosti.Apsorpcija molekula plina modificira dielektričnu konstantu, što rezultira promjenom kapacitivnosti koja je zatim kvantificirano.Iako su ti senzori izuzetno osjetljivi i idealni za Otkrivanje vlage, oni su osjetljivi na utjecaje na okoliš kao što su temperatura.

Prednosti:

• Visoka osjetljivost

• Brzo vrijeme odziva, pogodno za praćenje u stvarnom vremenu

• Mala potrošnja energije

Nedostaci:

• Dugoročna pitanja stabilnosti

• unakrsna osjetljivost na druge plinove

• Ograničeni rasponi otkrivanja

Senzori plina na bazi akustike

Slika 20: Shematski dijelovi senzora plina na bazi akustike

Slika 21: Stvarni senzori plina na bazi akustika

Akustični senzori djeluju na temelju koncept koji promjene u sastavu plina utječu na brzinu zvuka unutar smjesa.Opremljeni su odašiljačem zvučnog vala i prijemnikom, postavljenim unutar komore ili duž staze na kojoj plinska smjesa može komunicirati s Zvučni valovi.Varijacije u akustičkim svojstvima zbog ove interakcije bilježe se i analiziraju.Ovi senzori nude neinvazivno nadzor i Brzo otkrivanje promjena, ali oni se mogu suočiti s izazovima s preciznošću i Često je potrebno redovito umjeravanje.

Prednosti:

• Otkrivanje agenata živaca i blistera

• Baterija bez baterije, prikladno za bežične aplikacije

• upotrebljivo u oštrim i rotirajućim dijelovima

Nedostaci:

• Teško ih je postupati tijekom izrade zbog male veličine

Kalorimetrijski senzor plina

Lik 22: (a) Shematska ilustracija strukture uređaja i principa rada i (b) fotografija uređaja kalorimetrijskih TGS.(c) Shematska i fotografija mjernog sustava za uređaje kalorimetrijskih TGS.

Kalorimetrijski senzori otkrivaju toplinske varijacije rezultat kemijskih reakcija između ciljanog plina i specifičnog reagens.Ti su uređaji opremljeni reakcijskom komorom koja sadrži a Katalizator ili reagens koji nakon reakcije s plinom stvara toplinu.Ovaj Povećanje ili smanjenje temperature mjeri se integriranim senzor temperature.Iako su ti senzori posebno učinkoviti za Otkrivajući određene plinove, oni imaju tendenciju da pokazuju sporije vrijeme reakcije i manje Osjetljivost od ostalih vrsta senzora.

Prednosti:

• Vrijeme brzog odziva za praćenje u stvarnom vremenu

• Jednostavan dizajn

• Dugoročna stabilnost i pouzdanost

• Mala potrošnja energije

Nedostaci:

• Katalizatori imaju ograničen životni vijek i mogu se razgraditi

• Sporije vrijeme odziva za vrlo male koncentracije plina

Senzor magnetskog plina

Lik 23: Magnetski učinci koji se koriste za izradu uređaja za osjet na plin.(a) Hall Effect, (b) Kerr efekt.(C) Efekt feromagnetske rezonancije (FMR). (d) Magneto-plazmonični učinak.(e) Magnetski trenutak ili efekt okretanja.(f) Magnetostatski spin-val (MSW) efekt.

Slika 24: Stvarni magnetski senzor

Magnetski senzori koriste magnetske karakteristike određenih plinova, poput kisika, kako bi se utvrdile koncentracija.Ovi uređaji sadrže magnetske materijale koji mijenjaju svoje Magnetska svojstva kad su izložena određenim plinovima.Ove promjene su otkrivene senzorom magnetskog polja integriran unutar jedinice.Izmjena u Mjeri se magnetska svojstva uzrokovana prisutnošću ciljanog plina analizirano.Magnetski senzori nude visoku stabilnost i uglavnom su nepropusni smetnje iz drugih plinova.Međutim, oni mogu otkriti samo paramagnetske plinove i skloni su sofisticiranijim i skupljim.

Prednosti:

• Neinvazivna operacija

• Brzo otkrivanje i praćenje u stvarnom vremenu

• Neke vrste ne zahtijevaju vanjsku snagu

Nedostaci:

• složeno i skupo

• zahtijevati česte umjeravanje

• Može mjeriti samo plinove s određenim magnetskim svojstvima

• Nesposobni za vanjska magnetska polja i temperaturne promjene

Komponente senzora plina metalnog oksida

Slika 25: Shematske komponente senzora plina metalnog oksida

Sloj osjetljivosti na plin: Sloj osjetljivosti na plin je jezgra senzora, otkrivajući promjene koncentracije plina.Djeluje kao kemiresistor, mijenjajući otpor kada je izložen određenim plinovima.Obično izrađen od konusnog dioksida (SNO₂), koji ima višak elektrona (elemente donora), on mijenja otpornost u prisutnosti otrovnih plinova.Ova promjena otpornosti utječe na strujni protok, u korelaciji s koncentracijom plina, čineći sloj osjetljivosti na plin, za precizno otkrivanje plina.

Zavojnica grijača: grijač zavojnica povećava osjetljivost i učinkovitost sloja plina držeći ga na visokoj temperaturi.Napravljen od nikla-kromija, poznatog po visokoj talištu, ostaje stabilan pod konstantnom toplinom.Ovo grijanje aktivira sloj osjetljivog plina, omogućujući mu da bolje reagira na plinove.Zavojnica grijača osigurava optimalne performanse senzora dosljedno pružajući toplinsku energiju.

Linija elektrode: Linija elektrode učinkovito prenosi male struje iz osjetljivog sloja plina.Izgrađen od platine, cijenjen zbog njegove vodljivosti, osigurava točan prijenos i mjerenje struje.Ovo učinkovito kretanje elektrona dobro je za točnost senzora u otkrivanju plina.

Elektroda: Elektroda povezuje izlaz sloja osjetljivog plina na liniju elektrode.Napravljen od zlata (au - aurum), superiornog vodiča, osigurava minimalan otpor i učinkovit prijenos struje.Ova je veza važna za precizna mjerenja koncentracije plina, što omogućava prijenos bešavnog električnog signala iz osjetljivog elementa na izlazne terminale.

Tubularna keramika: CUSULARNA KERAMIKA, obično izrađena od aluminijskog oksida (al₂o₃), sjedi između zavojnice grijača i sloja osjetljivog plina.Njegova visoka točka taljenja podržava proces izgaranja osjetljivog sloja, održavajući visoku osjetljivost i učinkovitu izlaznu struju.Tubularna keramika nudi strukturnu stabilnost i toplinsku izolaciju, štiteći unutarnje dijelove senzora i povećavajući izdržljivost i performanse.

Mreža preko osjetljivog elementa: Metalna mreža pokriva senzorni element, oklopivši osjetljive komponente od prašine i korozivnih čestica.Ova mreža štiti senzor od vanjskih onečišćenja i održava integritet i dugovječnost sloja plina.Filtrirajući štetne čestice, mreža osigurava da senzor djeluje točno i pouzdano tijekom dugih razdoblja.

Kako funkcioniraju senzori plina?

Osnovna tehnologija

Senzori plina koriste kemiresistor, obično izrađen od konusnog dioksida (SNO2).SNO2 je poluvodič N-tipa koji ima mnogo besplatnih elektrona, koji su dobri za provođenje električne energije.

Funkcija u čistom zraku

U čistom zraku molekule kisika iz atmosfere pričvršćuju na površinu SNO2.Ove molekule kisika snimaju slobodne elektrone iz SNO2, stvarajući barijeru koja zaustavlja protok struje.Stoga je izlaz senzora nula ili na osnovu.

Reakcija na toksične ili zapaljive plinove

Kad su izloženi otrovnim ili zapaljivim plinovima, ovi plinovi reagiraju s kisikom na površini SNO2, oslobađajući zarobljene elektrone.Ovo povećanje slobodnih elektrona povećava vodljivost SNO2.Razina ove promjene vodljivosti odgovara koncentraciji plina.

Kako koristiti senzor plina?

Slika 26: Modul senzora plina i 4 terminala

Osnovni senzor plina ima šest terminala: četiri za ulaz/izlaz (označeno A, A, B, B) i dva za zagrijavanje zavojnice (označeno H, H).Ulazni/izlazni terminali mogu se koristiti naizmjenično.Senzori plina često dolaze kao moduli koji uključuju sam senzor i komparator IC.Ovi moduli obično imaju četiri terminala: VCC (napajanje), GND (zemlja), digitalni izlaz (signal koji ukazuje na prisutnost plina) i analogni izlaz (kontinuirani napon koji ukazuje na koncentraciju plina).

Povećavanje izlaza senzora

Budući da sam senzor plina proizvodi mali izlaz (u milivoltima), potreban je vanjski krug za pretvaranje ovog izlaza u digitalni signal.Ova konverzija koristi komparator (obično LM393), podesivi potenciometar i dodatni otpornici i kondenzatori.Komparator LM393 uzima izlaz senzora, uspoređuje ga s referentnim naponom i pruža digitalni izlaz.Potenciometar postavlja razinu koncentracije plina koja pokreće visoku izlaz.

Osnovni dijagram kruga modula senzora plina

Slika 27: Osnovni dijagram kruga senzora plina u modulu senzora plina

Krug senzora plina uključuje ulazne/izlazne terminale (A i B) i terminale grijača (H).Zavojnica grijača mora primiti dovoljan napon za aktiviranje senzora.Bez ovog ulaznog napona, izlazna struja je zanemariva.Jednom kada se napaja, osjetljivi sloj može otkriti plinove.

Nema prisutnih plina:

Otpor osjetljivog sloja ostaje nepromijenjen, što rezultira minimalnom izlaznom strujom.

Prisutni plin:

Prethodna zavojnica olakšava otkrivanje promjenom otpora materijala, mijenjajući struju struje na otporu opterećenja (RL).

Vrijednost RL, obično između 10kΩ i 47kΩ, kalibrira se na temelju željene osjetljivosti na koncentraciju plina.Niže vrijednosti otpornosti smanjuju osjetljivost, dok veće vrijednosti otpornosti povećavaju osjetljivost.Krug također uključuje LM393 OP-AMP, koji analogni signal pretvara u digitalni.Ugrađeni potenciometar od 10K omogućava podešavanje osjetljivosti senzornog modula.Dvije LED -ove pružaju vizualne pokazatelje: jedan za napajanje (što ukazuje na to da se ploča pokreće), a jedan za aktiviranje (što ukazuje na postavljeni prag).Kondenzatori razdvajanja smanjuju buku, osiguravajući stabilna i točna očitanja senzora.

Najpopularniji senzori plina

MQ serija poluvodičkih senzora plina, uključujući modele poput 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 i MQ-309A, dobro su cijenjeni za svoju pouzdanost i točnost u raznim aplikacijama.Ovi senzori udovoljavaju širokom rasponu okolišnih i industrijskih zahtjeva.

Slika 28: Tablica različitih vrsta senzora plina

MQ-2: Otkriva zapaljive plinove i dim.

Zagrijte senzor 24 sata.Kalibrirajte s poznatom koncentracijom ciljnog plina, poput 1000 ppm metana.Podesite otpor opterećenja na temelju izlaznog napona.

Promatrajte sporo povećanje otpora dok se unutarnji grijač stabilizira.Osigurajte da se senzor potpuno zagrijao prije nego što je uzeo očitanja kako bi se izbjegle netočnosti.

MQ-3: Otkrivanje pare alkohola, koje se često koristi kod diha.

Zagrijte senzor najmanje 48 sati prije početne uporabe.Kalibrirajte s alkoholom od 0,4 mg/l u zraku.Podesite otpornik opterećenja tako da odgovara specifičnim potrebama aplikacije.

Pratite se osjetljivost na kalibraciju i prilagodite intervale na temelju stabilnosti.Zabilježite temperaturu i vlažnost okoline jer utječu na točnost.

MQ-4: Otkrivanje metana i prirodnog plina.

Zagrijte 24 sata.Kalibrirajte u kontroliranom okruženju s 5000 ppm metana.U skladu s tim prilagodite otpornik opterećenja.

Pomno nadgledajte vrijeme odgovora.Sporo odziv može ukazivati ​​na probleme sa stabilnošću grijača ili temperature u okolišu.

MQ-5: UNP, prirodni plin i otkrivanje plina ugljena.

Slično MQ-4, ali kalibrira za više plinova koristeći specifične koncentracije.

Održavajte stabilno okruženje tijekom kalibracije.Temperaturne fluktuacije mogu uzrokovati značajne razlike u očitanjima.

MQ-6: Otkriva UNP, butan, izobutan i propan.

Zagrijte i kalibrirajte kao kod MQ-5.Osigurajte odgovarajuću ventilaciju kako biste izbjegli koncentraciju opasnih plinova tijekom umjeravanja.

Obratite pažnju na vrijeme oporavka senzora nakon izlaganja visokim koncentracijama plina.Dugotrajna izloženost može zasititi senzor, zahtijevajući duže razdoblje oporavka.

MQ-7: Otkrivanje ugljičnog monoksida.

Zagrijte 48 sati.Kalibrirajte u okruženju od 100 ppm CO.Podesite otpornik opterećenja da odgovara željenoj osjetljivosti.

Promatrajte ponašanje pod fluktuirajućim temperaturama jer su CO senzori osjetljivi na temperaturne promjene.Po potrebi implementirajte algoritam kompenzacije.

MQ-8: Otkrivanje vodikovog plina.

Zagrijte 24 sata.Kalibrirajte u vodikovom okruženju od 1000 ppm.Prilagodite otpor opterećenja za optimalne performanse.

Osigurajte da je kalibracijsko okruženje bez ostalih plinova i onečišćenja, jer su senzori vodika vrlo osjetljivi na onečišćenje.

MQ-9: Otkriva ugljični monoksid i zapaljive plinove.

Zagrijte 48 sati.Kalibrira se odvojeno za CO i zapaljive plinove koristeći poznate koncentracije.Podesite otpornike opterećenja za svako otkrivanje plina.

Osigurajte da kalibracija za jedan plin ne ometa osjetljivost na drugi.Usredotočite se na sposobnost otkrivanja dvostrukog plina.

MQ-131: Otkrivanje ozona.

Zagrijte 24 sata.Kalibrirajte u okolini od 0,1 ppm ozonskog okruženja.U skladu s tim prilagodite otpor opterećenja.

Redovito provjeravajte osjetljivost senzora i ponovno kalibrite jer senzori ozona mogu s vremenom degradirati s izlaganjem visokim koncentracijama.

MQ-135: Senzor kvalitete zraka koji otkriva NH3, NOX, alkohol, benzen, dim i CO2.

Zagrijte 24 sata.Koristite različita kontrolirana plinska okruženja za kalibraciju za svaki određeni plin.

Održavajte detaljne zapise o postavkama kalibracije za svaku vrstu plina.Redovita ponovna kalibracija dobro je održavati točnost zbog širokog raspona plinova koji se mogu otkriti.

MQ-136 do MQ-309A: Svaki senzor cilja specifične plinove i ima sličnu kalibraciju kao što je opisano kao MQ-135.

Zagrijte 24 sata i koristite različita kontrolirana plinska okruženja za kalibraciju za svaki određeni plin.

Shvatite posebne osjetljivosti i unakrsne osjetljivosti svakog senzora.Redovito održavanje, kalibracija i kontrola okoliša ključni su za optimalne performanse.

Primjene senzora plina

Industrijska sigurnost: U industrijskim okruženjima senzori na plin nadgledaju toksične plinove poput ugljičnog monoksida, metana i sulfida vodika.Ovi senzori instalirani su na područjima sklona curenja, poput kemijskih postrojenja, proizvodnih jedinica i skladišta.Oni kontinuirano djeluju, šaljući podatke u stvarnom vremenu središnjem upravljačkom sustavu.Kad razine plina premašuju postavljene pragove, sustav aktivira alarme i automatsko isključivanje kako bi se spriječile opasnosti.Operatori rutinski kalibriraju ove senzore, izvodeći provjere terena i kalibracije nula raspona kako bi osigurali točnost.

Sigurnost kućanstava: kod kuće, senzori plina otkrivaju curenje prirodnog plina ili propana, sprječavajući eksplozije ili trovanje.Ovi senzori često su dio pametnih kućnih sustava, upozoravajući vlasnike kuća putem pametnih telefona ili kontaktiranje hitnih službi.Obično se instaliraju u kuhinjama, podrumima ili u blizini plinskih uređaja.Vlasnici kuća trebali bi redovito testirati ove uređaje i zamijeniti baterije po potrebi kako bi ih održali operativni.

Industrija nafte i plina: Na naftnim uređajima, senzori plina nadgledaju isparljive organske spojeve (VOC) i druge opasne plinove.Ovi senzori izgrađeni su tako da izdrže oštre uvjetima na moru, poput ekstremnih temperatura i vlage.Oni su dio većeg sigurnosnog sustava koji uključuje kontrolu ventilacije i mehanizme isključivanja u nuždi.Dnevne inspekcije osiguravaju da senzori ne mogu ispravno zagađivati ​​i ispravno funkcionirati, pri čemu podešavanja na licu mjesta izvršena pomoću prijenosnih uređaja za kalibraciju.

Ugostiteljska industrija: U hotelima senzori na plin provode politike bez pušenja otkrivajući dim cigarete i aktiviranje ventilacijskih sustava ili alarma.Diskretno instalirani u sobe za goste i zajedničke prostore, ovi senzori pomažu hotelskom menadžmentu da se odmah obrati kršenjima i održavaju okruženje bez dima.Redovita provjera održavanja čiste senzore i provjerava njihovu osjetljivost na čestice dima.

Uredska okruženja: U uredskim zgradama, senzori plina nadgledaju kvalitetu zraka u zatvorenom prostoru, usredotočujući se na onečišćujuće tvari poput ugljičnog dioksida, VOC -a i čestica.Integrirani s HVAC sustavima, ovi senzori reguliraju protok zraka kako bi osigurali zdrav radni prostor.Menadžeri objekta analiziraju podatke senzora kako bi optimizirali ventilaciju, smanjujući troškove energije uz održavanje kvalitete zraka.Periodična kalibracija i ažuriranja softvera provodi se kako bi se poboljšale performanse senzora.

Sustavi klima uređaja: senzori plina u klima uređajima upravljaju razinom CO2, poboljšavajući kvalitetu zraka u zatvorenom prostoru.Dio automatiziranog sustava, prilagođavaju stope ventilacije na temelju koncentracije CO2 u stvarnom vremenu.Tehničari provjeravaju funkcionalnost senzora tijekom rutinskog održavanja kako bi osigurali točna očitanja i optimalnu kvalitetu zraka.

Sustavi za otkrivanje požara: senzori plina u sustavima za otkrivanje požara identificiraju dim i toksične plinove poput ranog ugljičnog monoksida.Omogućuju upozorenja, omogućujući pravovremenu evakuaciju i mjere kontrole požara.Osoblje zaštite od požara redovito ispituje ove sustave simulirajući uvjete dima kako bi se osigurala reakcija i pouzdanost senzora.

Operacije rudarstva: U rudarstvu, senzori plina otkrivaju opasne plinove poput metana i ugljičnog monoksida, radi sigurnosti radnika.Ovi senzori dio su umreženog sigurnosnog sustava, pružajući kontinuirano praćenje i automatsko prilagođavanje ventilacije.Rudari također nose prijenosne detektore plina kao dodatnu sigurnosnu mjeru.Redovita obuka o uporabi senzora i postupcima hitne pomoći osigurava spremnost.

Analizeri daha: senzori plina kod analizatora daha mjere udio alkohola u krvi (BAC) otkrivanjem etanola u dahu.Koriste policijske provedbe i pojedinci za nadzor, ovi uređaji zahtijevaju kalibraciju s poznatim etanolnim standardima za održavanje točnosti.Korisnici slijede stroge protokole, poput osiguranja da je uređaj na ispravnoj temperaturi i izbjegavanje onečišćenja, kako bi se osigurali pouzdani rezultati.

Zaključak

Kako tehnologija napreduje, senzori plina postaju sve snažniji i širi, poboljšavajući svoje performanse i čine ih potrebnim u mnogim područjima, uključujući industrijsku sigurnost i sigurnost kućanstava.Razumijevanje načina na koji funkcioniraju senzori plina i kako ih održavati naglašava njihovu tehničku važnost i njihov značajan doprinos zaštiti života i poboljšanju kvalitete naše okoline.Bilo u tvornicama, domovima ili javnim prostorima, senzori plina ključni su za sigurniju, zdraviju budućnost.Kako tehnologija napreduje, senzori plina postaju napredniji i dobro razvijeni, poboljšavajući svoje performanse i čine ih neophodnim u mnogim područjima, uključujući industrijsku sigurnost i sigurnost kućanstava.

Često postavljana pitanja [FAQ]

1. Koji su senzori plina?

Senzor plina je uređaj koji otkriva prisutnost i koncentraciju plinova u zraku.On pretvara kemijske podatke iz plina u elektronički signal koji se može mjeriti i analizirati.

2. Koja je svrha senzora plina?

Primarna svrha senzora plina je praćenje i otkrivanje curenja plina ili prisutnosti opasnih plinova.Pomaže osigurati sigurnost pružanjem ranih upozorenja na opasne razine plina, sprječavanjem nesreća i osiguranjem poštivanja sigurnosnih propisa.

3. Koje su prednosti plinskog senzora?

Senzori plina su uređaji koji otkrivaju i mjere koncentracije plina u zraku, osiguravajući sigurnost pružajući rana upozorenja o opasnim plinovima.Točni su, nude precizna mjerenja i povećavaju sigurnost u različitim okruženjima kroz rano otkrivanje.Senzori plina mogu se integrirati u automatizirane sustave za kontinuirano praćenje, smanjujući potrebu za ručnim inspekcijama i smanjujući troškove rada.Njihova svestranost omogućava im da otkriju širok raspon plinova, što ih čini prikladnim za brojne primjene, od industrijskih postrojenja i nadzora okoliša do stambenih sigurnosti i medicinskih postavki.Primjer je senzor ugljičnog monoksida u kućama koji upozorava putnike na opasne razine CO plina.

4. Gdje se koriste senzori plina?

Senzori plina naširoko se koriste u raznim industrijama i postavkama, uključujući praćenje plinova u proizvodnim pogonima, rafinerijama i kemijskim postrojenjima kako bi se osigurala industrijska sigurnost.Mjerenje kvalitete zraka i otkrivanje razine onečišćenja za zaštitu okoliša.Otkrivanje curenja ugljičnog monoksida i prirodnog plina u kućama za sigurnost stanova.Praćenje respiratornih plinova u zdravstvenom okruženju.I otkrivanje emisije plina u vozilima kako bi se osigurala poštivanje okolišnih standarda.

5. Što je primjer senzora plina?

Uobičajeni primjer senzora plina je senzor ugljičnog monoksida (CO) koji se koristi u kućama.Ovaj senzor otkriva CO plin, koji je bezbojan i bez mirisa, pružajući alarm kada su prisutne opasne razine kako bi se spriječilo trovanje.

6. Kako raditi senzor plina?

Senzor plina djeluje tako što je izložen ciljanom plinu, koji djeluje s materijalom za otkrivanje senzora, uzrokujući kemijsku reakciju koja mijenja svojstva senzora.Ova se promjena pretvara u elektronički signal, koji se zatim obrađuje i mjeri kako bi se pružio čitljiv izlaz, poput numeričke vrijednosti ili alarma.Na primjer, senzor ugljičnog monoksida u kući kontinuirano nadgleda zrak.Ako se otkrije CO plin, reagira sa senzorom, stvarajući elektronički signal koji pokreće alarm ako su razine CO previsoke, upozoravajući vas na opasnost.