Εξηγήστε λεπτομερώς την αρχή ανίχνευσης των ανιχνευτών αερίων
Ο ανιχνευτής αερίων είναι ένα όργανο ειδικά σχεδιασμένο για την ανίχνευση της ασφαλούς συγκέντρωσης αερίων. Η αρχή λειτουργίας του περιλαμβάνει κυρίως τη μετατροπή των φυσικών ή χημικών μη ηλεκτρικών σημάτων που συλλέγονται από αισθητήρες αερίων σε ηλεκτρικά σήματα και στη συνέχεια διόρθωση και φιλτράρισμα των παραπάνω ηλεκτρικών σημάτων μέσω εξωτερικών κυκλωμάτων. Τα επεξεργασμένα σήματα στη συνέχεια ελέγχονται από αντίστοιχες μονάδες για να επιτευχθεί ανίχνευση αερίου. Ωστόσο, ο πυρήνας ενός ανιχνευτή αερίου είναι ένα ενσωματωμένο στοιχείο αισθητήρα, το οποίο διακρίνει τις αρχές της τεχνολογίας ανίχνευσης με βάση τα διαφορετικά αέρια που ανιχνεύονται. Οι αρχές του χωρίζονται κυρίως στις ακόλουθες έξι κατηγορίες:
1) Αρχή καταλυτικής καύσης:
Ο αισθητήρας καταλυτικής καύσης χρησιμοποιεί την αρχή του θερμικού αποτελέσματος της καταλυτικής καύσης, που αποτελείται από μια γέφυρα μέτρησης που σχηματίζεται από τη σύζευξη στοιχείων ανίχνευσης και στοιχείων αντιστάθμισης. Κάτω από ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, το εύφλεκτο αέριο υφίσταται καύση χωρίς φλόγα στην επιφάνεια του φορέα του στοιχείου ανίχνευσης και υπό τη δράση του καταλύτη. Η θερμοκρασία του φορέα αυξάνεται και η αντίσταση του σύρματος πλατίνας στο εσωτερικό του αυξάνεται ανάλογα, με αποτέλεσμα η γέφυρα ισορροπίας να χάσει την ισορροπία και να εξάγει ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με τη συγκέντρωση του εύφλεκτου αερίου. μπορεί να προσδιοριστεί η συγκέντρωση των καύσιμων αερίων.
Χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση εύφλεκτων αερίων, με καλή γραμμικότητα σήματος εξόδου, αξιόπιστο δείκτη, προσιτή τιμή και χωρίς διασταυρούμενη μόλυνση με άλλα μη εύφλεκτα αέρια.
2) Αρχή υπέρυθρων:
Ένας αισθητήρας υπερύθρων περνά συνεχώς το προς μέτρηση αέριο μέσα από ένα δοχείο ορισμένου μήκους και όγκου και εκπέμπει μια δέσμη υπέρυθρου φωτός από μία από τις δύο διαφανείς ακραίες όψεις του δοχείου. Όταν το μήκος κύματος του αισθητήρα υπερύθρων συμπίπτει με το φάσμα απορρόφησης του μετρούμενου αερίου, η υπέρυθρη ενέργεια απορροφάται και η εξασθένηση της έντασης του υπέρυθρου φωτός που διέρχεται από το μετρούμενο αέριο πληροί το νόμο του Lambert Beer. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του αερίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η εξασθένηση του φωτός. Σε αυτό το σημείο, η απορρόφηση του υπέρυθρου φωτός είναι ευθέως ανάλογη με τη συγκέντρωση του απορροφητικού υλικού, και έτσι η συγκέντρωση του αερίου μπορεί να μετρηθεί μετρώντας την εξασθένηση του υπέρυθρου φωτός από το αέριο.
Μεγάλη διάρκεια ζωής (3 έως 5 χρόνια ζωής), υψηλή ευαισθησία, καλή σταθερότητα και καμία τοξικότητα, λιγότερες παρεμβολές από το περιβάλλον και καμία εξάρτηση από το οξυγόνο. Οι αισθητήρες υπέρυθρων αερίων έχουν υψηλή ευαισθησία παρακολούθησης και μπορούν να διακρίνουν με ακρίβεια ακόμη και ίχνη PPB ή χαμηλές συγκεντρώσεις αερίων ποιότητας PPM. Το εύρος μέτρησης είναι ευρύ και μπορεί γενικά να αναλύσει αέριο υψηλής συγκέντρωσης 100 τοις εκατό VOL, καθώς και να αναλύσει ανάλυση χαμηλής συγκέντρωσης σε επίπεδο 1ppb.
3) Ηλεκτροχημικές αρχές:
Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες αποτελούνται συνήθως από τρία μέρη: ηλεκτρόδια, ηλεκτρολύτες και ηλεκτρόδια ημιαγωγών, τα οποία είναι τα βασικά στοιχεία του αισθητήρα. Είναι κατασκευασμένα από μέταλλο ή ημιαγωγικά υλικά και μπορούν να αντιδράσουν χημικά με μόρια αερίου. Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα αγώγιμο υγρό που μπορεί να συνδέσει ηλεκτρόδια με ημιαγωγούς για να σχηματίσει ένα πλήρες κύκλωμα. Ο ημιαγωγός είναι ένα ειδικό υλικό που μπορεί να μετατρέψει το σήμα ρεύματος μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη σε ψηφιακό σήμα, επιτυγχάνοντας έτσι την ανίχνευση συγκέντρωσης αερίου.
Η αρχή λειτουργίας των ηλεκτροχημικών αισθητήρων αερίων βασίζεται στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Όταν τα μόρια αερίου έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια του ηλεκτροδίου, υφίστανται μια αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής, δημιουργώντας ένα σήμα ρεύματος. Αυτό το σήμα ρεύματος μπορεί να μεταδοθεί στον ημιαγωγό μέσω ενός ηλεκτρολύτη και στη συνέχεια να μετατραπεί σε ψηφιακό σήμα. Το μέγεθος του ψηφιακού σήματος είναι ευθέως ανάλογο με τη συγκέντρωση του αερίου, επομένως η συγκέντρωση του αερίου μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας το μέγεθος του ψηφιακού σήματος.
Χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση τοξικών αερίων, με υψηλή ευαισθησία, γρήγορη ταχύτητα απόκρισης, καλή αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής. Μπορεί να ανιχνεύσει διάφορα αέρια, όπως μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο κ.λπ. Έχει εκτεταμένες εφαρμογές σε βιομηχανίες, υγειονομική περίθαλψη, προστασία του περιβάλλοντος και σε άλλους τομείς.
4) Αρχή φωτοϊονισμού PID:
Η αρχή του PID είναι ότι τα οργανικά αέρια θα ιονίζονται υπό τη διέγερση μιας πηγής φωτός UV. Το PID χρησιμοποιεί μια λάμπα UV (υπεριώδης) και η οργανική ύλη ιονίζεται υπό τη διέγερση της λάμπας UV. Τα ιονισμένα «θραύσματα» φέρουν θετικά και αρνητικά φορτία, με αποτέλεσμα ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Ο ανιχνευτής ενισχύει το ρεύμα και εμφανίζει τη συγκέντρωση αερίων VOCs μέσω οργάνων και εξοπλισμού.
Χρησιμοποιείται κυρίως για την παρακολούθηση της βιομηχανίας διύλισης, τον χειρισμό έκτακτης ανάγκης επικίνδυνων χημικών διαρροών, τον καθορισμό επικίνδυνων περιοχών για διαρροές, την παρακολούθηση της ασφάλειας των σταθμών δεξαμενών πετρελαίου και την παρακολούθηση της απόδοσης καθαρισμού απόρριψης οργανικής ύλης.
5) Αρχή θερμικής αγωγιμότητας:
Η ανάλυση της συγκέντρωσης του μετρούμενου αερίου επιτυγχάνεται κυρίως με τη μέτρηση της μεταβολής της θερμικής αγωγιμότητας του μικτού αερίου. Συνήθως, η διαφορά στη θερμική αγωγιμότητα ενός αισθητήρα αερίου μετατρέπεται σε αλλαγή αντίστασης μέσω ενός κυκλώματος. Η παραδοσιακή μέθοδος ανίχνευσης είναι η αποστολή του προς δοκιμή αερίου σε ένα θάλαμο αερίων, όπου το κέντρο του θαλάμου αερίου είναι ένα θερμοευαίσθητο στοιχείο, όπως μια θερμοευαίσθητη αντίσταση, σύρμα πλατίνας ή σύρμα βολφραμίου. Όταν θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η μεταβολή της θερμικής αγωγιμότητας του μικτού αερίου μετατρέπεται σε αλλαγή της αντίστασης του θερμοευαίσθητου στοιχείου. Η αλλαγή στην τιμή αντίστασης είναι σχετικά εύκολο να μετρηθεί με ακρίβεια.
6) Αρχές ημιαγωγών:
Οι αισθητήρες αερίων ημιαγωγών κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας την αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής του αερίου στην επιφάνεια των ημιαγωγών για να προκαλέσουν αλλαγές στην τιμή αντίστασης των ευαίσθητων εξαρτημάτων. Όταν μια συσκευή ημιαγωγών θερμαίνεται σε σταθερή κατάσταση και απορροφάται κατά την επαφή του αερίου με την επιφάνεια του ημιαγωγού, τα προσροφημένα μόρια αρχικά διαχέονται ελεύθερα στην επιφάνεια του αντικειμένου, χάνοντας την κινητική τους ενέργεια. Ορισμένα μόρια εξατμίζονται, ενώ τα υπόλοιπα μόρια υφίστανται θερμική αποσύνθεση και προσρόφηση στην επιφάνεια του αντικειμένου. Όταν η συνάρτηση εργασίας ενός ημιαγωγού είναι μικρότερη από τη συγγένεια του προσροφημένου μορίου, το προσροφημένο μόριο θα αφαιρέσει ηλεκτρόνια από τη συσκευή και θα γίνει προσρόφηση αρνητικού ιόντος, παρουσιάζοντας ένα στρώμα φορτίου στην επιφάνεια του ημιαγωγού.
