Forklar detekteringsprincippet for gasdetektorer i detaljer
En gasdetektor er et instrument specielt designet til at detektere den sikre koncentration af gasser. Dets arbejdsprincip involverer hovedsageligt at konvertere de fysiske eller kemiske ikke-elektriske signaler, der indsamles af gassensorer, til elektriske signaler, og derefter ensrette og filtrere ovennævnte elektriske signaler gennem eksterne kredsløb. De behandlede signaler styres derefter af tilsvarende moduler for at opnå gasdetektion. Kernen i en gasdetektor er dog en indbygget sensorkomponent, som adskiller de detektionsteknologiske principper ud fra de forskellige detekterede gasser. Dens principper er hovedsageligt opdelt i følgende seks kategorier:
1) Katalytisk forbrændingsprincip:
Den katalytiske forbrændingssensor anvender det termiske effektprincip for katalytisk forbrænding, som består af en målebro dannet ved at parre detektionselementer og kompensationselementer. Under visse temperaturforhold undergår brændbar gas en flammefri forbrænding på overfladen af detektionselementbæreren og under påvirkning af katalysatoren. Bæretemperaturen stiger, og platintrådens modstand inde i den stiger også tilsvarende, hvilket får balancebroen til at miste balance og udsende et elektrisk signal proportionalt med koncentrationen af brændbar gas, ved at måle størrelsen af ændringen i modstanden af platintråden, koncentrationen af brændbare gasser kan bestemmes.
Anvendes hovedsageligt til påvisning af brændbare gasser, med god udgangssignal linearitet, pålideligt indeks, overkommelig pris og ingen krydsinfektion med andre ikke-brændbare gasser.
2) Infrarød princip:
En infrarød sensor passerer kontinuerligt den gas, der skal måles, gennem en beholder af en vis længde og volumen og udsender en stråle af infrarødt lys fra en af beholderens to gennemsigtige endeflader. Når bølgelængden af den infrarøde sensor falder sammen med absorptionsspektret af den målte gas, absorberes infrarød energi, og intensitetsdæmpningen af infrarødt lys, der passerer gennem den målte gas, opfylder Lambert Beers lov. Jo højere gaskoncentration, jo større dæmpning af lys. På dette tidspunkt er absorptionen af infrarødt lys direkte proportional med koncentrationen af det absorberende materiale, og dermed kan gaskoncentrationen måles ved at måle dæmpningen af infrarødt lys af gassen.
Lang levetid (3 til 5 års levetid), høj følsomhed, god stabilitet og ingen toksicitet, mindre interferens fra miljøet og ingen afhængighed af ilt. Infrarøde gassensorer har høj overvågningsfølsomhed og kan nøjagtigt skelne selv spormængder af PPB eller lave koncentrationer af gasser af PPM-kvalitet. Måleområdet er bredt, og det kan generelt analysere høj koncentration 100 procent VOL gas, samt analysere 1 ppb niveau lav koncentration analyse.
3) Elektrokemiske principper:
Elektrokemiske sensorer består typisk af tre dele: elektroder, elektrolytter og halvlederelektroder, som er sensorens kernekomponenter. De er lavet af metal eller halvledermaterialer og kan reagere kemisk med gasmolekyler. Elektrolyt er en ledende væske, der kan forbinde elektroder med halvledere for at danne et komplet kredsløb. Halvleder er et specielt materiale, der kan konvertere strømsignalet mellem elektroden og elektrolytten til et digitalt signal og derved opnå gaskoncentrationsdetektion.
Arbejdsprincippet for elektrokemiske gassensorer er baseret på redoxreaktioner. Når gasmolekyler kommer i kontakt med overfladen af elektroden, gennemgår de en oxidations-reduktionsreaktion, der genererer et strømsignal. Dette strømsignal kan transmitteres til halvlederen gennem en elektrolyt og derefter omdannes til et digitalt signal. Størrelsen af det digitale signal er direkte proportional med gaskoncentrationen, så gaskoncentrationen kan bestemmes ved at måle størrelsen af det digitale signal.
Anvendes hovedsageligt til påvisning af giftige gasser, med høj følsomhed, hurtig reaktionshastighed, god pålidelighed og lang levetid. Det kan detektere forskellige gasser, såsom kulilte, kuldioxid, oxygen, nitrogen osv. Det har omfattende anvendelser inden for industrier, sundhedspleje, miljøbeskyttelse og andre områder.
4) PID fotoioniseringsprincip:
Princippet for PID er, at organiske gasser vil ionisere under excitation af en UV-lyskilde. PID bruger en UV (ultraviolet) lampe, og det organiske stof ioniseres under excitationen af UV-lampen. De ioniserede "fragmenter" bærer positive og negative ladninger, hvilket resulterer i en elektrisk strøm mellem de to elektroder. Detektoren forstærker strømmen og viser koncentrationen af VOC-gas gennem instrumenter og udstyr.
Anvendes hovedsageligt til overvågning af raffineringsindustrien, nødhåndtering af farlige kemiske lækager, definering af farlige områder for lækager, sikkerhedsovervågning af olietankstationer og overvågning af rensningseffektivitet for organisk stof.
5) Termisk ledningsevneprincip:
Analysen af koncentrationen af den målte gas opnås hovedsageligt ved at måle ændringen i den blandede gass varmeledningsevne. Normalt konverteres forskellen i termisk ledningsevne af en gassensor til en ændring i modstand gennem et kredsløb. Den traditionelle detektionsmetode er at sende den gas, der skal testes, ind i et gaskammer, hvor midten af gaskammeret er et termofølsomt element, såsom en termofølsom modstand, platintråd eller wolframtråd. Når den opvarmes til en bestemt temperatur, omdannes ændringen i termisk ledningsevne af den blandede gas til en ændring i modstanden af det termofølsomme element. Ændringen i modstandsværdien er relativt let at måle nøjagtigt.
6) Halvlederprincipper:
Halvledergassensorer fremstilles ved at bruge oxidations-reduktionsreaktionen af gas på overfladen af halvledere til at forårsage ændringer i modstandsværdien af følsomme komponenter. Når en halvlederindretning opvarmes til en stabil tilstand og adsorberes ved gaskontakt med halvlederoverfladen, diffunderer de adsorberede molekyler først frit på overfladen af objektet og mister deres kinetiske energi. Nogle molekyler fordampes, mens de resterende molekyler gennemgår termisk nedbrydning og adsorption på objektets overflade. Når en halvleders arbejdsfunktion er mindre end affiniteten af det adsorberede molekyle, vil det adsorberede molekyle fjerne elektroner fra enheden og blive en negativ ionadsorption, der præsenterer et ladningslag på halvlederoverfladen.
