Τύποι αισθητήρων αερίων και οι εφαρμογές τους στον εξοπλισμό ανίχνευσης και παρακολούθησης αερίων
Με την ανάπτυξη της πετροχημικής βιομηχανίας, οι τύποι και το εύρος εφαρμογής εύφλεκτων, εκρηκτικών και τοξικών αερίων έχουν αυξηθεί. Μόλις αυτά τα αέρια διαρρεύσουν κατά την παραγωγή, τη μεταφορά και τη χρήση, θα προκαλέσουν ατυχήματα δηλητηρίασης, πυρκαγιάς, ακόμη και έκρηξης, θέτοντας σε σοβαρό κίνδυνο τη ζωή και την ασφάλεια των ανθρώπων. Λόγω της δυνατότητας διάχυσης του ίδιου του αερίου, μετά από μια διαρροή, το αέριο θα διαχέεται κατά μήκος της επιφάνειας του εδάφους υπό την επίδραση της εξωτερικής δύναμης ανέμου και της εσωτερικής κλίσης συγκέντρωσης, σχηματίζοντας μια έκρηξη καύσης ή μια δηλητηριώδη επικίνδυνη ζώνη στο σημείο του ατυχήματος και επεκτείνοντας το επικίνδυνη περιοχή.
Μόλις συμβεί ατύχημα διαρροής αερίου, πρέπει να ληφθούν τα αντίστοιχα μέτρα το συντομότερο δυνατό για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια ατυχήματος. Η έγκαιρη και αξιόπιστη ανίχνευση του περιεχομένου ορισμένων αερίων στον αέρα, τα έγκαιρα και αποτελεσματικά μέτρα αποκατάστασης και οι σωστές μέθοδοι απόρριψης για τη μείωση των ατυχημάτων που προκαλούνται από διαρροές είναι απαραίτητες προϋποθέσεις για την αποφυγή μεγάλων περιουσιακών στοιχείων και ατυχημάτων. Αυτό θέτει υψηλότερες απαιτήσεις για εξοπλισμό ανίχνευσης και παρακολούθησης αερίων. Ως σημαντικός ανιχνευτής αερίων, ο αισθητήρας αερίου έχει αναπτυχθεί πολύ τα τελευταία χρόνια. Η ανάπτυξη του αισθητήρα αερίου κάνει την εφαρμογή του όλο και πιο εκτεταμένη.
Επισκόπηση αισθητήρα αερίου
Οι ξένες χώρες άρχισαν να ερευνούν και να αναπτύσσουν αισθητήρες αερίου τη δεκαετία του 1930. Στο παρελθόν, οι αισθητήρες αερίων χρησιμοποιούνταν κυρίως για την ανίχνευση και συναγερμό αερίου άνθρακα, υγραερίου, φυσικού αερίου και αερίου στα ορυχεία. Προς το παρόν, οι τύποι αερίων που πρέπει να ανιχνευθούν έχουν επεκταθεί από τα αρχικά αναγωγικά αέρια (H2, C4H10, CH4) σε τοξικά αέρια (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων αερίου. Σύμφωνα με τα διαφορετικά υλικά αίσθησης αερίου και τα χαρακτηριστικά αίσθησης αερίου που χρησιμοποιούνται, μπορεί να χωριστεί σε τύπο ημιαγωγού, τύπο στερεού ηλεκτρολύτη, ηλεκτροχημικό τύπο, τύπο καύσης επαφής, τύπο πολυμερούς κ.λπ.
Αισθητήρας αερίου ημιαγωγών
Αυτός ο αισθητήρας χρησιμοποιεί κυρίως υλικά ημιαγωγών που είναι ευαίσθητα στα αέρια. Από τότε που κυκλοφόρησε ο αισθητήρας αερίου οξειδίου μετάλλου ημιαγωγών το 1962, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως λόγω των πλεονεκτημάτων της υψηλής ευαισθησίας και της γρήγορης απόκρισης και έχει γίνει ένας από τους μεγαλύτερους και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους αισθητήρες στον κόσμο. Σύμφωνα με τους διαφορετικούς τρόπους ανίχνευσης της χαρακτηριστικής ποσότητας που ανιχνεύει το αέριο, χωρίζεται σε δύο τύπους: τύπος αντίστασης και τύπος μη αντίστασης.
Ο αισθητήρας αερίου με αντίσταση ημιαγωγών λειτουργεί ανιχνεύοντας την αλλαγή του αισθητήρα αερίου με περιεκτικότητα σε αέριο. Χρησιμοποιούνται κυρίως υλικά ευαίσθητα σε κεραμικά αέρια οξειδίου μετάλλου. Με την έρευνα και την ανάπτυξη νέων υλικών όπως τα σύνθετα οξείδια μετάλλων και τα μικτά οξείδια μετάλλων τα τελευταία χρόνια, τα χαρακτηριστικά και το εύρος εφαρμογής αυτού του αισθητήρα αερίου έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Για παράδειγμα: Ο αισθητήρας αερίου WO3 μπορεί να ανιχνεύσει το εύρος συγκέντρωσης NH3 από 5 ppm έως 50 ppm, ο αισθητήρας αερίου ZnO-CuO είναι πολύ ευαίσθητος στα 200 ppm CO.
Οι αισθητήρες αερίων ημιαγωγών χωρίς αντίσταση λειτουργούν με βάση την αρχή ότι το ρεύμα ή η τάση του αισθητήρα αερίου αλλάζει με την περιεκτικότητα σε αέριο. Υπάρχουν κυρίως τύπος διόδου MOS και τύπος διόδου διακλάδωσης και αισθητήρας αερίου τύπου σωλήνα εφέ πεδίου. Τα περισσότερα από τα αέρια ανίχνευσης είναι εύφλεκτα αέρια όπως το υδρογόνο και το σιλάνιο.
Αισθητήρας αερίου στερεού ηλεκτρολύτη
Οι αισθητήρες αερίων στερεού ηλεκτρολύτη χρησιμοποιούν υλικά που ανιχνεύουν αέρια στερεά ηλεκτρολύτη ως στοιχεία αίσθησης αερίου. Η αρχή είναι ότι το ευαίσθητο στο αέριο υλικό παράγει ιόντα όταν διέρχεται από το αέριο, σχηματίζοντας έτσι μια ηλεκτροκινητική δύναμη και μετρώντας την ηλεκτροκινητική δύναμη για τη μέτρηση της συγκέντρωσης του αερίου. Λόγω της υψηλής αγωγιμότητας, της καλής ευαισθησίας και της επιλεκτικότητας αυτού του αισθητήρα, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως και έχει εισέλθει σχεδόν σε όλους τους τομείς της πετροχημικής, της προστασίας του περιβάλλοντος, της εξόρυξης κ.λπ., δεύτερος μόνο μετά τους αισθητήρες αερίων ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου. Για παράδειγμα, YST-Au-WO3 για τη μέτρηση H2S, NH συν 4CaCO3 για τη μέτρηση NH3, κ.λπ.
Αισθητήρας αερίου καύσης επαφής
Μπορεί να χωριστεί σε τύπο καύσης άμεσης επαφής και τύπο καύσης καταλυτικής επαφής. Η αρχή λειτουργίας του είναι: όταν ενεργοποιείται το ευαίσθητο στο αέριο υλικό, το εύφλεκτο αέριο οξειδώνεται και καίγεται υπό τη δράση ενός καταλύτη και η παραγόμενη θερμότητα θερμαίνει το καλώδιο θέρμανσης, μεταβάλλοντας έτσι την τιμή αντίστασής του και μετρώντας την αλλαγή της αντίστασης για τη μέτρηση της συγκέντρωσης αερίου. Αυτός ο αισθητήρας μπορεί να μετρήσει μόνο εύφλεκτα αέρια και δεν είναι ευαίσθητος σε άκαυστα αέρια. Για παράδειγμα, οι αισθητήρες που κατασκευάζονται με την επίστρωση ενεργών καταλυτών Rh και Pd σε σύρμα Pt έχουν χαρακτηριστικά ευρέως φάσματος, δηλαδή μπορούν να ανιχνεύσουν διάφορα εύφλεκτα αέρια. Ο αισθητήρας αερίου καύσης επαφής είναι πολύ σταθερός σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και μπορεί να ανιχνεύσει τα περισσότερα εύφλεκτα αέρια με το χαμηλότερο όριο έκρηξης. Χρησιμοποιείται ευρέως στην παρακολούθηση και συναγερμό εύφλεκτων αερίων σε πετροχημικά εργοστάσια, ναυπηγεία, σήραγγες ορυχείων, μπάνια, κουζίνες κ.λπ.
Αισθητήρας αερίου πολυμερούς
Οι αισθητήρες αερίων που χρησιμοποιούν πολυμερή υλικά ανίχνευσης αερίων έχουν αναπτυχθεί πολύ τα τελευταία χρόνια. Όταν το πολυμερές υλικό που ανιχνεύει αέριο συναντήσει ένα συγκεκριμένο αέριο, οι φυσικές του ιδιότητες όπως η αντίσταση, η διηλεκτρική σταθερά, η ταχύτητα και η συχνότητα διάδοσης ακουστικών κυμάτων στην επιφάνεια του υλικού και το βάρος του υλικού θα αλλάξουν. Υπάρχουν κυρίως πολυμερή φθαλοκυανίνης, φιλμ LB, φαινυλοκυανίνη ακετυλένιο, πολυβινυλική αλκοόλη-φωσφορικό οξύ, πολυισοβουτυλένιο, αμινοενδεκυλοσιλάνιο, κ.λπ. απλή διαδικασία, καλή επιλεκτικότητα σε θερμοκρασία δωματίου, χαμηλή τιμή και εύκολος συνδυασμός με αισθητήρες μικροδομής και συσκευές ακουστικών κυμάτων επιφάνειας. Σύμφωνα με τις ιδιότητες αίσθησης αερίου των υλικών που χρησιμοποιούνται, αυτός ο τύπος αισθητήρων μπορεί να χωριστεί σε: αισθητήρες αερίων με αντίσταση πολυμερούς που μετρούν τη συγκέντρωση αερίων μετρώντας την αντίσταση των υλικών με αίσθηση αερίου. Αισθητήρες αερίου τύπου μπαταρίας συγκέντρωσης που μετρούν την ηλεκτροκινητική δύναμη για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης αερίου σχηματίζοντας μια κυψέλη συγκέντρωσης όταν το υλικό ανίχνευσης αερίου απορροφά αέριο. αισθητήρες αερίων επιφανειακών ακουστικών κυμάτων που κατασκευάζονται με βάση την αρχή ότι η ταχύτητα ή η συχνότητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων στην επιφάνεια του υλικού αλλάζει αφού το πολυμερές με αίσθηση αερίου απορροφήσει αέριο. Ο αισθητήρας αερίου πολυμερούς έχει υψηλή ευαισθησία σε συγκεκριμένα μόρια αερίου, καλή επιλεκτικότητα, απλή δομή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κανονική θερμοκρασία και μπορεί να συμπληρώσει τις ελλείψεις άλλων αισθητήρων αερίου.
