Uvod v senzorje plina: gradnja, vrste in delo

Senzorji plina so najboljše naprave v sodobni tehnologiji pri spremljanju in odkrivanju različnih plinov v številnih okoljih.Njihova sposobnost pretvorbe ravni plina v električne signale s fizikalnimi ali kemičnimi reakcijami je dragocena za uporabo, ki segajo od industrijske varnosti do varnosti gospodinjstva.

Ta članek razpravlja o različnih vrstah senzorjev plina in raziskuje njihova delovna načela, prednosti in omejitve.Če preučimo komponente in funkcionalnosti teh senzorjev, zlasti široko uporabljene senzorje plina kovinskega oksida, lahko cenimo njihov pomen pri zagotavljanju varnosti, ohranjanju kakovosti zraka in podpori različnih industrijskih procesov.Razumevanje praktične uporabe, kalibracije in vzdrževanja teh senzorjev povečuje njihovo zanesljivost in natančnost, zaradi česar so vrhunska orodja tako v profesionalnih kot v domačih okoljih.

Katalog

Slika 1: Senzor plina

Kaj je senzor za plin?

Senzor plina je naprava, zasnovana za zaznavanje prisotnosti ali koncentracije plinov v okolju.Deluje z merjenjem sprememb v upornosti njegovega notranjega materiala, kar ustvari napetostno razliko.Ta razlika v napetosti pomaga prepoznati in oceniti vrsto in količino prisotnega plina.Specifični plini, ki jih senzor lahko zazna, so odvisni od materiala, iz katerega je narejen.

Senzorji plina pretvorijo raven plina v električne signale s fizikalnimi ali kemičnimi reakcijami.Ti signali so obdelani tako, da zagotavljajo berljive podatke.Posebej so koristni za odkrivanje strupenih in škodljivih plinov, pa tudi puščanja zemeljskega plina.Senzorji plina merijo vnetljive, vnetljive in strupene pline ter celo raven kisika, zaradi česar so dobri za spremljanje varnosti in kakovosti zraka.

Standard za zmogljivost senzorja plina

Pri izbiri senzorjev za plin je treba skrbno oceniti več ključnih specifikacij meritev, da se zagotovi njihova učinkovitost in natančnost pri aplikacijah za odkrivanje plina.Te specifikacije so merila za delovanje senzorja, zlasti v nastavitvah, kjer je varnost glavna prednostna naloga in v sistemih za nadzor procesov.

Odzivni čas

Odzivni čas je interval med začetnim stikom plina s senzorjem in naknadno obdelavo signala senzorja.Ta parameter, ki zahteva takojšnjo odkrivanje plina, da prepreči nevarne incidente ali ohrani celovitost procesa.Krajši odzivni časi so prednostni v okoljih, kjer lahko hitro odkrivanje zmanjša tveganja, kot so kemične rastline ali zaprti prostori s potencialnim puščanjem plina.Pri praktičnih operacijah je senzor plina z odzivnim časom manj kot 10 sekund idealen za odkrivanje nenadnih puščanj.To omogoča hitro odzivanje, kot sta evakuacija ali zaustavitev sistema.

Slika 2: Čas odziva in obnovitve senzorja plina

Razdalja zaznavanja

Razdalja zaznavanja je največji obseg, v katerem senzor lahko učinkovito zazna plin iz vira ali puščanja.Ta specifikacija narekuje, kam je treba postaviti senzorje, da se zagotovi celovit spremljanje.V velikih industrijskih nastavitvah je treba senzorje strateško postaviti za pokritje celotnega objekta in tako zagotoviti, da se odkrijejo celo manjše emisije plina, preden se stopnjevajo na nevarne ravni.Na primer, senzorji z razdaljo zaznavanja 1-2 metrov so pogosto postavljeni v bližini potencialnih točk puščanja, medtem ko tisti z večjimi območji (do 10 metrov) lahko spremljajo širša območja od osrednjih lokacij.

Pretok

Slika 3: Shematična ponazoritev senzorja pretoka plina

Pretok predstavlja prostornino zraka ali plina, ki mora teči po senzorju, da ustvari zaznaven signal.Za zagotovitev natančnih odčitkov koncentracije plina je treba to hitrost pravilno nastaviti.Neustrezne hitrosti pretoka lahko privedejo do zapoznelega odkrivanja ali lažnih pozitivnih rezultatov, kar ogroža varnost in operativno učinkovitost.Operaterji lahko prilagodijo prezračevalne sisteme ali uporabljajo pomožne ventilatorje za vzdrževanje optimalnih pretokov med senzorji.Zagotavljanje pretoka od 0,5 do 2 litra na minuto v senzorju lahko znatno poveča natančnost zaznavanja v okoljih s spremenljivimi pogoji pretoka zraka.

Parameter izhodnega senzorja

Senzorji plina merijo in poročajo o odkritih plinih v različnih formatih, da zadovoljijo različne potrebe po spremljanju.

Odstotek LEL (nižja eksplozivna meja)

Meri najmanjšo koncentracijo vnetljivega plina, ki lahko vzdrži plamen, ko se pomeša z zrakom in vžge.Potreben za varnost v okoljih z eksplozivnimi plini.Odčitavanje 0% LEL kaže, da ni prisotnega plina, 100% LEL pa pomeni, da je koncentracija plina dosegla svojo vnetljivo mejo, kar predstavlja veliko eksplozijsko tveganje.Operaterji spremljajo LEL, da zagotovijo, da raven plina ostane pod nevarnimi pragovi.Redni pregledi in takojšnji ukrepi za visoke odčitke za preprečevanje nesreč.

Odstotek prostornine

Izračuna prostornino topljene, deljeno s skupno količino vseh komponent, pomnoženo za 100%.Manj pogost za odkrivanje plina, vendar je koristno za aplikacije, ki vključujejo interakcije med plinsko-tekočino.Natančno merjenje koncentracij plina v tekočih mešanicah pomaga pri nadzoru kakovosti in optimizaciji procesov.

Deli na milijon (ppm)

Meri koncentracije plina v PPM, kar omogoča natančno spremljanje zelo nizke ravni plina.Potreben za odkrivanje plinov v sledovih pri spremljanju okolja in nadzoru kakovosti.Nenehno spremljanje zagotavlja skladnost z varnostnimi in okoljskimi predpisi.Majhna nihanja se spremljajo, da se potencialna vprašanja zgodaj prepozna.

Meritve puščanja (ml/min)

Označuje hitrost, s katero plin pobegne iz sistema.Pomaga prepoznati in količinsko določiti puščanje.Z uporabo teh informacij lahko operaterji zagotovijo celovitost sistema, se izognejo velikim izgubam in pravočasno opravljajo vzdrževanje in popravila.

Meritve porabe (ML/L/Hr.)

Odraža hitrost porabe plina v postopku.Odlično za uporabo v industrijskih procesih in bioloških raziskavah, na primer.Možno je prepoznati neučinkovitost in optimizirati procese z spremljanjem hitrosti porabe plina.

Meritve gostote (mg/m³)

Omogoča vpogled v fizikalne lastnosti plina v dani volumen.Koristno pri nadzoru onesnaževanja in oceni kakovosti zraka.Zagotavlja spoštovanje okoljskih standardov in pripomočkov pri oblikovanju učinkovitih strategij za nadzor onesnaževanja.

Meritve podpisov ali spektrov

Ponuja spektralni podpis prisotnih plinov, ki so pogosto prikazani kot kromatogram.Uporablja se v naprednih analitičnih tehnikah, kot je plinska kromatografija.Podrobna analiza sestave in koncentracije plina pomaga prepoznati onesnaževalce in zagotoviti čistost izdelka.

Ti signali so obdelani tako, da zagotavljajo podatke v realnem času o koncentracijah plina, kar pomaga avtomatiziranim krmilnim sistemom.

Pogosto Izhodni signali iz senzorjev plina	Funkcije
Analogna napetost	neprekinjen električni signal predstavlja spremenljive informacije
Impulzni signali	kratki razpoki energije, ki se uporabljajo za čas in sinhronizacija
Analogni tokovi	Električni tokovi, ki se razlikujejo po velikosti prenos informacij
Preklop ali relejske izhode	mehanizmi, ki odpirajo ali zapirajo vezja Nadzirajte električni tok

Grafikon 1: Izhodni signal in funkcije senzorja plina

Vrste senzorja plina, ki temeljijo na delovnih načelih

Senzorji plina so razvrščeni po njihovih načelih delovanja.Vsaka vrsta ima različne značilnosti, prednosti in pomanjkljivosti, zaradi česar so primerni za različne aplikacije in okolja.

Senzor plina na osnovi polprevodnika / kovinskega oksida

Slika 4: Shematični deli senzorja senzorja na osnovi polprevodnikov / kovinskega oksida

Slika 5: Polprevodniški senzor plina Dejansko

Ti senzorji identificirajo pline tako, da sledijo spremembam odpornosti polprevodnika, ko pride v stik s plini.Običajno vključujejo komponento zaznavanja kovinskega oksida, kot je tin dioksid (SNO2), nameščen na podlagi, opremljenem z elektrodami in grelnim elementom.Porozna narava kovinske oksidne plasti poveča površino, ki je na voljo za interakcije plina.Ker se plini adsorbirajo na to plast, se v električni prevodnosti senzorja pojavijo spremembe, kar posledično spremeni njegovo odpornost.Ti senzorji so še posebej občutljivi na raznoliko paleto plinov in so stroškovno učinkoviti za proizvodnjo.Kljub temu potrebujejo rutinsko umerjanje, na njihovo delovanje pa vplivata temperatura in vlažnost.

Prednosti:

• Preprosta struktura

• nizki stroški

• Občutljivost za odkrivanje

• Hitra reakcijska hitrost

Slabosti:

• Majhen merilni razpon

• vplivajo drugi plini in temperaturo

Senzor elektrokemičnega plina

Slika 6: Shematski elektrokemični deli senzorja

Slika 7: Primer elektrokemičnega senzorja za strupeno in vnetljivo zaznavanje plina

Elektrokemični senzorji količinsko določijo koncentracijo plinov z oksidacijo ali zmanjšanjem ciljnega plina pri elektrodi in snemanjem toka, ki ga ta postopek ustvari.Te naprave odlikujejo delo, števce in referenčne elektrode, potopljene v elektrolit, vse pa v majhnem ohišju, ki vključuje membrano, ki jo je mogoče prepustno plin.Skozi to membrano prehajajo plini in sodelujejo v redoks reakciji na delovni elektrodi, kar proizvaja tok, ki je neposredno sorazmeren koncentraciji plina.Ti senzorji, znani po svoji izjemni specifičnosti in natančnosti, lahko ogrozijo prisotnost drugih plinov in imajo zaradi postopnega izčrpavanja svojih aktivnih materialov končno operativno življenje.

Prednosti:

• Hiter odzivni čas

• Dober linearni izhod

• Visoka natančnost

Slabosti:

• Potrebujete okolje, bogato s kisikom

• uživajte tekoče elektroliti

• Dovzetna za spremembe temperature, vlage in tlaka

Senzor ne disperzivnega infrardečega (NDIR)

Slika 8: Shematični deli senzorja NDIR

Slika 9: Dejanski senzor NDIR

NDIR senzorji uporabljajo infrardečo svetlobo vir in detektor za določitev koncentracije plina prek infrardečega absorpcija.Opremljeni so z infrardečim svetlobnim virom, komoro za plin Vzorci, filter valovne dolžine in infrardeči detektor.Ko plini absorbirajo detektor senzorja kvantificirajo določene valovne dolžine infrardeče svetlobe Obseg te absorpcije za oceno koncentracije plina.Ti senzorji se ponašajo Visoka natančnost in dolgoživost in nista dovzetna za zastrupitev s senzorji. Vendar so ponavadi drage in so omejene na odkrivanje plinov, ki absorbirajo infrardeča svetloba.

Prednosti:

• meri pline, kot je CO2

• Ne potrebuje kisika

• Visoka sposobnost merjenja

• Dobra stabilnost in nizki stroški vzdrževanja

Slabosti:

• Velika poraba energije

• Drago

• Kompleksne strukture in zahteve glede programske opreme/strojne opreme

Senzor katalitičnega plina

Slika 10: Shematski deli katalitičnega senzorja

Slika 11: Primer katalitičnega senzorja

Katalitični senzorji prepoznajo vnetljive pline Skozi katalitično kroglico, ki spremeni njegovo odpornost med oksidacijo plina.Te Senzorji vključujejo zaznavno kroglico, prevlečeno s katalizatorjem element, razporejen v konfiguraciji mostu Wheatstone znotraj zaščitnega ohišje.Oksidacija gorljivih plinov na površini katalizatorja proizvaja Toplota, kar vodi do spremembe upora, ki jo zazna vezje.Učinkovito v ti senzorji hitro odkrijejo nizke koncentracije plina Prisotnost kisika in jih lahko ogrozijo posebne kemične snovi.

Prednosti:

• Močna odpornost na ostro podnebje in strupene pline

• Dolgo življenjsko dobo

• nizki stroški vzdrževanja

Slabosti:

• Tveganje eksplozije ali požara v temnih okoljih

• Dovzetna za zastrupitev s sulfidnimi in halogenskimi spojinami

• večje napake v okolju z nizkim kisikom

Detektor fotoionizacije (PID)

Slika 12: Shematični deli PID

Slika 13: Primer PID

Detektorji fotoionizacije (PID) uporabljajo Ultravijolična svetloba za ionizacijo plinov in merjenje proizvedenega električnega toka s temi ioni za oceno koncentracije plina.Sistem obsega UV svetilko, an Ionizacijska komora in elektrode.Ionizacija molekul plina sproži Električni tok po elektrodah, ki je neposredno povezan z Koncentracija hlapnih organskih spojin (VOC).PID -ji ponujajo visoko občutljivost za HOS in hitro odkrivanje, čeprav so drage in njihove zmogljivosti lahko vplivajo okoljske spremenljivke, kot sta vlaga in temperatura.

Prednosti:

• Visoka občutljivost

• Brez problema zastrupitve

• Lahko zazna več kot 400 vrst hlapnih organskih plinov

Slabosti:

• Visoki stroški zamenjave svetilk

• Ne morem meriti zraka, strupenih plinov ali zemeljskega plina

Senzor toplotne prevodnosti

Slika 14: Shematični deli senzorja toplotne prevodnosti

Slika 15: Primer senzorja toplotne prevodnosti

Senzorji toplotne prevodnosti ocenjujejo Razlike v toplotni prevodnosti zaradi različnih plinov.Ti senzorji Običajno vključujejo dva toplotna elementa, kot sta termistorji ali termični Vodniki, razporejeni v konfiguraciji mostu.En element je izpostavljen na ciljni plin, drugi vmesniki pa z referenčnim plinom.Spremembe v Sestava plina spreminja toplotno prevodnost okoli senzorja, kar vpliva njegova temperatura in odpornost.To spremembo nato količinsko določi vezje. Te naprave so preproste, robustne in sposobne zaznati številne pline, čeprav ponujajo manj občutljivosti in so dovzetni za spremembe v okolju temperatura.

Prednosti:

• Razpon širokega zaznavanja

• Dobra delovna stabilnost

• Dolgo življenjsko dobo

• Brez težav s staranjem katalizatorja

Slabosti:

• Slaba natančnost zaznavanja

• Nizka občutljivost

• dovzetna za temperaturno premik

Analizator plinskega kromatografa

Slika 16: Deli analizatorja shematičnih plinskih kromatografov

Slika 17: Analizator plinskega kromatografa Dejansko

Analizatorji plinske kromatografije se razlikujejo in količinsko določiti sestavne dele plinske mešanice z uporabo raznolikih detektorjev.Oni sestavljen iz injektorja, kromatografskega stolpca, sistema nosilnega plina in a detektor, vse nameščen v nadzorovanem okolju.Uvedeni so vzorci plina prek injektorja v stolpec, kjer so ločeni glede na to, kako sodelujejo z gradivom stolpca.Ločene komponente so takrat odkrit in meril detektor.Ti analizatorji ponujajo visoko natančnost in lahko analizirajo zapletene mešanice, vendar so drage, povpraševanje strokovno ravnanje, in so bolj okorni v primerjavi z drugimi senzorji plina.

Prednosti:

• Visoka občutljivost

• Primerno za analizo mikro in sledi

• Lahko analizira kompleksne večfazne ločitvene pline

Slabosti:

• Ne more doseči neprekinjenega vzorčenja in analize

• Primerno za laboratorijsko analizo kot spremljanje na industrijskem polju

Senzor plina na osnovi kapacitivnosti

Slika 18: Deli senzorjev na osnovi shematične kapacitivnosti

Slika 19: Dejanski senzor na osnovi kapacitivnosti

Senzorji kapacitivnosti prepoznavajo premike v kapacitivnost zaradi sprememb v dielektrični konstanti plina, absorbiranega na površino senzorja.Ti senzorji so sestavljeni iz kondenzatorja, ki vključuje dielektrični material, reaktiven na ciljni plin, običajno zasnovan na platformi MEMS za izboljšanje kompaktnosti.Absorpcija molekul plina spreminja dielektrično konstanto, kar ima za posledico spremembo kapacitivnosti nato količinsko.Medtem ko so ti senzorji izjemno občutljivi in ​​idealni za Odkrivanje vlage so dovzetne za vplive na okolje, kot so temperatura.

Prednosti:

• Visoka občutljivost

• Hiter odzivni čas, primeren za spremljanje v realnem času

• Nizka poraba energije

Slabosti:

• Dolgoročna vprašanja stabilnosti

• navzkrižna občutljivost na druge pline

• Omejena območja zaznavanja

Akustični senzorji plina

Slika 20: Shematični deli senzorja plina na osnovi akustičnega osnov

Slika 21: Akustični senzorji plinov dejanski

Akustični senzorji delujejo na podlagi koncept, ki spremembe v sestavi plina vplivajo na hitrost zvoka znotraj mešanica.Opremljeni so z zvočnim valovnim oddajnikom in sprejemnikom, nastavljeni znotraj komore ali vzdolž poti, kjer lahko plinska mešanica komunicira z zvočni valovi.Razlike v akustičnih lastnostih zaradi te interakcije so zabeleženi in analizirani.Ti senzorji ponujajo neinvazivno spremljanje in hitro odkrivanje sprememb, vendar se lahko z natančnostjo soočajo z izzivi in Pogosto potrebujejo redno kalibracijo.

Prednosti:

• Zaznajte živčne in pretisne snovi

• Brez baterij, primernih za brezžične aplikacije

• Uporaba v ostrih in vrtljivih delih

Slabosti:

• Težko se je obvladovati med izdelavo zaradi majhnosti

Senzor kalorimetričnega plina

Slika 22: (a) Shematska ponazoritev strukture naprave in načela delovanja ter (b) fotografija kalorimetrične TGS naprave.(c) Shema in fotografija merilnega sistema za naprave kalorimetričnih TGS.

Kalorimetrični senzorji zaznajo variacije toplote posledica kemičnih reakcij med ciljnim plinom in specifičnim reagent.Te naprave so opremljene z reakcijsko komoro, ki vsebuje a Katalizator ali reagent, ki ob reakciji s plinom ustvari toploto.To povečanje ali znižanje temperature se nato meri z integriranim Senzor temperature.Medtem ko so ti senzorji še posebej učinkoviti za odkrivanje določenih plinov, ponavadi kažejo počasnejše reakcijske čase in manj občutljivost kot druge vrste senzorjev.

Prednosti:

• Hiter odzivni čas za spremljanje v realnem času

• Preprost dizajn

• dolgoročna stabilnost in zanesljivost

• Nizka poraba energije

Slabosti:

• Katalizatorji imajo omejeno življenjsko dobo in se lahko poslabšajo

• počasnejši odzivni časi za zelo nizke koncentracije plina

Senzor magnetnega plina

Slika 23: Magnetni učinki, ki se uporabljajo za izdelavo naprave za zaznavanje plina.(a) Hall Effect, (b) Kerr učinek.(c) učinek feromagnetne resonance (FMR). (d) Magneto-plazmonični učinek.(e) Magnetni trenutek ali učinek spin.(F) Učinek magnetostatičnega spin-vala (MSW).

Slika 24: Magnetni senzor dejanski

Magnetni senzorji uporabljajo magnetno značilnosti specifičnih plinov, kot je kisik, za določitev njihovih koncentracija.Te naprave imajo magnetne materiale, ki spreminjajo njihove Magnetne lastnosti, ko so izpostavljene določenim plinom.Te spremembe so odkrite s senzorjem magnetnega polja, integriranega v enoto.Sprememba v Magnetne lastnosti, ki jih povzroča prisotnost ciljnega plina, se meri in analizirano.Magnetni senzorji ponujajo visoko stabilnost in so v veliki meri neprepustni za vmešavanje iz drugih plinov.Vendar lahko zaznajo le paramagnetne pline in so ponavadi bolj izpopolnjeni in dragi.

Prednosti:

• Neinvazivno delovanje

• Hitro odkrivanje in spremljanje v realnem času

• Nekatere vrste ne potrebujejo zunanje moči

Slabosti:

• Kompleksno in drago

• Zahtevati pogosto kalibracijo

• Lahko izmerijo samo pline s specifičnimi magnetnimi lastnostmi

• nesposobne za zunanja magnetna polja in temperaturne spremembe

Sestavni deli senzorja plina kovinskega oksida

Slika 25: Shematske komponente senzorja plina kovinskega oksida

Plast zaznavanja plina: Plast zaznavanja plina je jedro senzorja, ki zazna spremembe koncentracije plina.Deluje kot kemiresistor in spreminja odpornost, ko je izpostavljen določenim plinom.Običajno narejen iz kositrnega dioksida (sno₂), ki ima presežne elektrone (darovalske elemente), spreminja odpornost v prisotnosti strupenih plinov.Ta sprememba odpornosti vpliva na trenutni tok, ki je povezan s koncentracijo plina, zaradi česar je plast zaznavanja plina za natančno odkrivanje plina.

Tuljava grelnika: Tuljava grelnika poveča občutljivost in učinkovitost plasti zaznavanja plina, tako da jo ohranja pri visoki temperaturi.Narejena iz niklja-kromija, znana po visoki talilni točki, ostane stabilen pri konstantni vročini.To ogrevanje aktivira plast zaznavanja plina, kar mu omogoča, da se bolje odzove na pline.Tuljava grelnika zagotavlja optimalno delovanje senzorja z dosledno zagotavlja toplotno energijo.

Elektrodna linija: Elektrodna linija učinkovito prenaša majhne tokove iz plasti zaznavanja plina.Izdelana iz platine, ki je cenjena za svojo prevodnost, zagotavlja natančen tok in merjenje.To učinkovito gibanje elektronov je dobro za natančnost senzorja pri odkrivanju plina.

Elektroda: Elektroda povezuje izhod plasti za zaznavanje plina na črto elektrode.Izdelan iz zlata (au - aurum), vrhunskega prevodnika, zagotavlja minimalno odpornost in učinkovit prenos toka.Ta povezava je pomembna za natančne meritve koncentracije plina, ki omogoča brezhiben električni prenos signala iz senzorskega elementa na izhodne sponke.

Tubularna keramika: cevasta keramika, običajno narejena iz aluminijevega oksida (al₂o₃), sedi med grelno tuljavo in plastjo zaznavanja plina.Njegova visoka tališče podpira postopek izgorevanja zaznavne plasti, ohranja visoko občutljivost in učinkovit izhodni tok.Cevarna keramika ponuja strukturno stabilnost in toplotno izolacijo, ki ščiti notranje dele senzorja in povečuje trajnost in zmogljivost.

Mreža nad senzorskim elementom: Kovinska mreža pokriva zaznavni element, zaščiti občutljive komponente pred prahom in jedko delci.Ta mreža ščiti senzor pred zunanjimi onesnaževalci in ohranja celovitost in dolgoživost plasti zaznavanja plina.S filtriranjem škodljivih delcev mreža zagotavlja, da senzor deluje natančno in zanesljivo v dolgih obdobjih.

Kako delujejo senzorji za plin?

Osnovna tehnologija

Senzorji plina uporabljajo kemiresistor, ki je običajno narejen iz kositra dioksida (SNO2).Sno2 je polprevodnik tipa N, ki ima veliko prostih elektronov, ki so dobri za vodenje električne energije.

Delovanje v čistem zraku

V čistem zraku se molekule kisika iz atmosfere pritrdijo na površino SNO2.Te molekule s kisikom zajemajo proste elektrone iz SNO2, kar ustvarja oviro, ki ustavi tok.Zato je izhod senzorja nič ali na izhodišču.

Reakcija na strupene ali gorljive pline

Ko so izpostavljeni strupenim ali gorljivim plinom, ti plini reagirajo s kisikom na površini SNO2 in sproščajo ujete elektrone.To povečanje prostih elektronov povečuje prevodnost SNO2.Raven te spremembe prevodnosti ustreza koncentraciji plina.

Kako uporabiti senzor za plin?

Slika 26: Modul senzorja plina in 4 sponke

Osnovni senzor za plin ima šest terminalov: štiri za vhod/izhod (označeno z A, A, B, B) in dve za ogrevanje tuljave (z oznako H, H).Vhodne/izhodne sponke se lahko uporabljajo zamenljivo.Senzorji plina pogosto prihajajo kot moduli, ki vključujejo sam senzor in primerjalnik IC.Ti moduli imajo običajno štiri terminale: VCC (napajanje), GND (ozemljitev), digitalni izhod (signal, ki kaže na prisotnost plina) in analogno izhod (neprekinjena napetost, ki kaže na koncentracijo plina).

Povečanje izhoda senzorja

Ker sam senzor plina proizvaja majhen izhod (v milivoltih), je za pretvorbo tega izhoda v digitalni signal potrebno zunanje vezje.Ta pretvorba uporablja primerjalnik (običajno LM393), nastavljiv potenciometer ter dodatne upore in kondenzatorje.Primerjalnik LM393 prevzame izhod senzorja, ga primerja z referenčno napetostjo in zagotavlja digitalni izhod.Potentiometer nastavi raven koncentracije plina, ki sproži visoko proizvodnjo.

Osnovni diagram vezja modula senzorja plina

Slika 27: Osnovni diagram vezja senzorja plina v modulu senzorja plina

Tokokrog senzorja plina vključuje vhodne/izhodne sponke (A in B) in grelniške sponke (H).Tuljava grelnika mora prejeti dovolj napetosti, da aktivira senzor.Brez te vhodne napetosti je izhodni tok zanemarljiv.Ko je napajan, lahko zaznavna plast zazna pline.

Ni prisotnega plina:

Odpornost zaznavne plasti ostane nespremenjena, kar ima za posledico minimalni izhodni tok.

Prisoten plin:

Predhodno segreta tuljava olajša odkrivanje s spreminjanjem upornosti materiala in spreminja tokovni tok na odpornosti na obremenitev (RL).

Vrednost RL, običajno med 10KΩ do 47KΩ, je umerjena na podlagi želene občutljivosti na koncentracijo plina.Nižje vrednosti odpornosti zmanjšujejo občutljivost, medtem ko višje vrednosti odpornosti povečajo občutljivost.Vezje vključuje tudi OP-AMP LM393, ki pretvori analogni signal v digitalno.Potentiometer na krovu 10K omogoča nastavitev občutljivosti senzorskega modula.Dve LED zagotavljata vizualne kazalnike: ena za moč (kar kaže, da je tabla poganjana) in ena za sprožitev (označevanje nastavljenega praga je doseženo).Ločitveni kondenzatorji zmanjšujejo hrup, kar zagotavlja stabilne in natančne odčitke senzorjev.

Najbolj priljubljeni senzorji za plin

Serija MQ polprevodniških senzorjev plina, vključno z modeli, kot so 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 in MQ-309A, so dobro cenjeni zaradi njihove zanesljivosti in natančnosti v različnih aplikacijah.Ti senzorji izpolnjujejo široko paleto okoljskih in industrijskih potreb.

Slika 28: Tabela različnih vrst senzorja plina

MQ-2: Zazna gorljive pline in dim.

Senzor segrejte 24 ur.Kalibrirajte z znano koncentracijo ciljnega plina, na primer 1000 ppm metana.Prilagodite upornost obremenitve glede na izhodno napetost.

Upoštevajte počasno povečanje upora, ko se notranji grelec stabilizira.Prepričajte se, da se je senzor pred odčitkom popolnoma ogrel, da se izognete netočnosti.

MQ-3: Zaznavanje alkoholnih hlapov, ki se pogosto uporablja pri dihalnih alizatorjih.

Senzor segrejte vsaj 48 ur pred začetno uporabo.Umerite z 0,4 mg/l alkoholom v zraku.Prilagodite obremenitveni upor, da ustreza določenim potrebam aplikacije.

Spremljajte premik občutljivosti med kalibracijo in prilagodite intervale na podlagi stabilnosti.Zabeležite temperaturo in vlažnost okolice, saj vplivajo na natančnost.

MQ-4: Odkrivanje metana in zemeljskega plina.

Predhodno segrejte 24 ur.Umerite v nadzorovanem okolju s 5000 ppm metanom.Ustrezno prilagodite upor.

Natančno spremljajte odzivni čas.Počasen odziv lahko kaže na težave s stabilnostjo grelnika ali temperature v okolju.

MQ-5: LPG, zemeljski plin in odkrivanje plina premoga.

Podobno kot MQ-4, vendar kalibrirajte za več plinov z uporabo specifičnih koncentracij.

Ohranite stabilno okolje med umerjanjem.Temperaturna nihanja lahko povzročijo pomembne razlike v odčitkah.

MQ-6: Odkrije LPG, butan, izobutan in propan.

Predhodno segrejte in kalibrirajte kot pri MQ-5.Zagotovite pravilno prezračevanje, da se izognete nevarne koncentracije plina med kalibracijo.

Bodite pozorni na čas obnovitve senzorja po izpostavljenosti visoki koncentraciji plina.Dolgotrajna izpostavljenost lahko nasiči senzor, kar zahteva daljše obdobje okrevanja.

MQ-7: Odkrivanje ogljikovega monoksida.

Predhodno segrejte 48 ur.Umerite v okolju 100 ppm.Prilagodite upor obremenitve, da ustreza želeni občutljivosti.

Upoštevajte vedenje pri nihajočih temperaturah, saj so senzorji CO občutljivi na temperaturne spremembe.Izvedite algoritem kompenzacije, če je potrebno.

MQ-8: Zaznavanje vodikovega plina.

Predhodno segrejte 24 ur.Umerite v vodikovem okolju 1000 ppm.Prilagodite odpornost na obremenitev za optimalno delovanje.

Zagotovite, da je kalibracijsko okolje brez drugih plinov in onesnaževal, saj so vodikovi senzorji zelo občutljivi na kontaminacijo.

MQ-9: Zazna ogljikov monoksid in vnetljive pline.

Predhodno segrejte 48 ur.Kalibrirajte ločeno za CO in vnetljive pline z uporabo znanih koncentracij.Prilagodite obremenitve za vsako zaznavanje plina.

Prepričajte se, da kalibracija za en plin ne vpliva na občutljivost na drugega.Osredotočite se na sposobnost zaznavanja dvojnega plina.

MQ-131: Zaznavanje ozona.

Predhodno segrejte 24 ur.Umerite v ozonskem okolju 0,1 ppm.Ustrezno prilagodite odpornost na obremenitev.

Redno preverjajte občutljivost senzorjev in ponovno umerite, saj se ozonski senzorji lahko sčasoma razgradijo z izpostavljenostjo visokim koncentracijam.

MQ-135: Senzor kakovosti zraka, ki zazna NH3, NOX, alkohol, benzen, dim in CO2.

Predhodno segrejte 24 ur.Za kalibracijo za vsak poseben plin uporabite različna nadzorovana plinska okolja.

Vzdržujte podrobne zapise o kalibracijskih nastavitvah za vsak tip plina.Redna ponovna kalibracija je dobra za ohranjanje natančnosti zaradi širokega razpona zaznavnih plinov.

MQ-136 do MQ-309A: Vsak senzor cilja na specifične pline in ima podobno kalibracijo, kot je opisano kot MQ-135.

Predhodno segrejte 24 ur in za kalibracijo za vsak specifični plin uporabite različna nadzorovana plinska okolja.

Razumeti posebne občutljivosti in navzkrižne občutljivosti vsakega senzorja.Redno vzdrževanje, kalibracija in nadzor okolja so ključni za optimalno delovanje.

Uporaba senzorja plina

Industrijska varnost: V industrijskih okoljih senzorji plina spremljajo strupene pline, kot so ogljikov monoksid, metan in vodikov sulfid.Ti senzorji so nameščeni na območjih, ki so nagnjena k puščanju, kot so kemične obrate, proizvodne enote in skladišča.Nenehno delujejo in pošiljajo podatke v realnem času v centralni nadzor.Ko ravni plina presegajo nastavljene pragove, sistem sproži alarme in samodejne zaustavitve, da se prepreči nevarnosti.Operaterji rutinsko kalibrirajo te senzorje in izvajajo preglede na terenu in kalibracije z ničelnimi razponi, da se zagotovijo natančnost.

Varnost gospodinjstva: Doma senzorji plina odkrijejo puščanje zemeljskega plina ali propana, ki preprečujejo eksplozije ali zastrupitev.Ti senzorji so pogosto del pametnih domačih sistemov, ki lastnike stanovanj opozarjajo prek pametnih telefonov ali se obrnejo na reševalne službe.Običajno so nameščeni v kuhinjah, kleteh ali v bližini plinskih aparatov.Lastniki stanovanj bi morali redno testirati te naprave in po potrebi zamenjati baterije, da bi lahko delovali.

Naftna in plinska industrija: na naftnih ploščadi senzorji plina spremljajo hlapne organske spojine (VOC) in druge nevarne pline.Ti senzorji so zgrajeni tako, da prenesejo ostre obale na morju, kot so ekstremne temperature in vlaga.So del večjega varnostnega sistema, ki vključuje prezračevalne kontrole in mehanizme za izklop v sili.Dnevni inšpekcijski pregledi zagotavljajo, da senzorji brez kontaminantov in pravilno delujejo, prilagajanje na kraju samem, narejene s prenosnimi kalibracijskimi napravami.

Gostinska industrija: V hotelih senzorji plina uveljavljajo politike brez kajenja z odkrivanjem cigaretnega dima in sprožitve prezračevalnih sistemov ali alarmov.Ti senzorji, ki so diskretno nameščeni v sobah za goste in skupne prostore, pomagajo pri vodenju hotelov, da se takoj odpravijo kršitve in vzdržujejo okolje brez dima.Redno vzdrževanje preverja čiste senzorje in preverja njihovo občutljivost na delce dima.

Uradniška okolja: V pisarniških stavbah senzorji plina spremljajo kakovost zraka v zaprtih prostorih in se osredotočajo na onesnaževala, kot so ogljikov dioksid, VOC in trdni delci.Ti senzorji, integrirani s sistemi HVAC, uravnavajo pretok zraka, da se zagotovi zdrav delovni prostor.Upravljavci objektov analizirajo podatke senzorja za optimizacijo prezračevanja, zmanjšajo stroške energije in hkrati ohranjajo kakovost zraka.Za izboljšanje zmogljivosti senzorja se izvajajo periodične kalibracije in posodobitve programske opreme.

Sistemi za klimatsko napravo: Senzorji plina v klimatskih napravah upravljajo raven CO2 in izboljšujejo kakovost zraka v zaprtih prostorih.Del avtomatiziranega sistema prilagodijo hitrosti prezračevanja na podlagi koncentracij CO2 v realnem času.Tehniki preverjajo funkcionalnost senzorjev med rutinskim vzdrževanjem, da zagotovijo natančno odčitke in optimalno kakovost zraka.

Sistemi za zaznavanje požara: Senzorji plina v sistemih za zaznavanje požara prepoznajo dim in strupene pline, kot je ogljikov monoksid.Zagotavljajo opozorila, ki omogočajo pravočasno evakuacijo in ukrepe za nadzor požara.Osebje požarne varnosti redno testira te sisteme s simulacijo dimnih pogojev, da se zagotovi odzivnost in zanesljivost senzorjev.

Rudarske operacije: Pri rudarstvu senzorji plina zaznajo nevarne pline, kot sta metan in ogljikov monoksid, za varnost delavcev.Ti senzorji so del omrežnega varnostnega sistema, ki zagotavlja neprekinjeno spremljanje in samodejne prilagoditve prezračevanja.Rudarji nosijo tudi prenosne detektorje plina kot dodaten varnostni ukrep.Redno usposabljanje o uporabi senzorjev in postopkih odziva v sili zagotavlja pripravljenost.

Analizatorji dihanja: Senzorji plina v analizatorjih dihanja merijo vsebnost alkohola v krvi (BAC) z odkrivanjem etanola v dihu.Te naprave, ki jih uporabljajo organi pregona in posamezniki za spremljanje, za ohranjanje natančnosti potrebujejo umerjanje z znanimi etanolnimi standardi.Uporabniki sledijo strogim protokolom, na primer zagotavljanje, da je naprava na pravilni temperaturi in izogibanju kontaminaciji, da bi zagotovili zanesljive rezultate.

Zaključek

Ko tehnologija napreduje, senzorji plina postajajo močnejši in široki, kar izboljšujejo njihovo delovanje in jih zahtevajo na številnih območjih, vključno z industrijsko varnostjo in varnostjo gospodinjstev.Razumevanje, kako delujejo senzorji plina in kako jih ohraniti, poudarja njihov tehnični pomen in pomemben prispevek k zaščiti življenj in izboljšanju kakovosti naše okolice.Ne glede na to, ali so v tovarnah, domovih ali javnih prostorih senzorji plina ključni za varnejšo, bolj zdravo prihodnost.Ko tehnologija napreduje, senzorji plina postajajo vse bolj vnaprej in dobro razvijejo, kar povečuje njihovo uspešnost in jih naredi nepogrešljive na številnih območjih, vključno z industrijsko varnostjo in varnostjo gospodinjstev.

Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]

1. Kaj so senzorji plina?

Senzor plina je naprava, ki zazna prisotnost in koncentracijo plinov v zraku.Pretvori kemične informacije iz plina v elektronski signal, ki ga je mogoče izmeriti in analizirati.

2. Kakšen je namen senzorja plina?

Glavni namen senzorja plina je spremljati in zaznati puščanje plina ali prisotnost nevarnih plinov.Pomaga zagotoviti varnost z zgodnjim opozorilom o nevarni ravni plina, preprečevanjem nesreč in zagotavljanju skladnosti z varnostnimi predpisi.

3. Kakšne so prednosti senzorja plina?

Senzorji plina so naprave, ki odkrivajo in merijo koncentracije plina v zraku, kar zagotavlja varnost z zgodnjimi opozorili na nevarne pline.So natančni, ponujajo natančne meritve in povečujejo varnost v različnih okoljih z zgodnjim odkrivanjem.Senzorji plina se lahko vključijo v avtomatizirane sisteme za nenehno spremljanje, kar zmanjšuje potrebo po ročnih pregledih in znižanju stroškov dela.Njihova vsestranskost jim omogoča, da odkrijejo široko paleto plinov, zaradi česar so primerni za številne aplikacije, od industrijskih obratov in okoljskega spremljanja do varnosti stanovanj in zdravstvenih nastavitev.Primer je senzor ogljikovega monoksida v domovih, ki potnike opozarja na nevarne ravni CO plina.

4. Kje se uporabljajo senzorji plina?

Senzorji plina se pogosto uporabljajo v različnih panogah in nastavitvah, vključno s spremljanjem plinov v proizvodnih obratih, rafinerijah in kemičnih obratih za zagotavljanje industrijske varnosti.Merjenje kakovosti zraka in odkrivanje ravni onesnaževanja za varstvo okolja.Zaznavanje ogljikovega monoksida in puščanja zemeljskega plina v domovih za varnost stanovanj.Spremljanje dihalnih plinov v zdravstvenem okolju.In odkrivanje emisij plina v vozilih, da se zagotovi skladnost z okoljskimi standardi.

5. Kaj je primer senzorja plina?

Pogost primer senzorja plina je senzor ogljikovega monoksida (CO), ki se uporablja v domovih.Ta senzor zazna CO plin, ki je brezbarven in brez vonja, kar zagotavlja alarm, ko so prisotne nevarne ravni za preprečevanje zastrupitve.

6. Kako delati senzor za plin?

Senzor plina deluje tako, da je izpostavljen ciljnemu plinu, ki deluje z zaznavnim materialom senzorja, kar povzroči kemično reakcijo, ki spreminja lastnosti senzorja.Ta sprememba se pretvori v elektronski signal, ki se nato obdela in meri tako, da zagotovi berljiv izhod, na primer številčno vrednost ali alarm.Na primer, senzor ogljikovega monoksida v domu neprekinjeno spremlja zrak.Če odkrijemo CO plin, reagira s senzorjem in ustvari elektronski signal, ki sproži alarm, če so ravni CO previsoke, in vas opozarja na nevarnost.