Typer af gassensorer og deres anvendelser i gasdetektions- og overvågningsudstyr
Med udviklingen af den petrokemiske industri er typerne og anvendelsesområderne for brandfarlige, eksplosive og giftige gasser blevet øget. Når først disse gasser lækker under produktion, transport og brug, vil det forårsage forgiftning, brand og endda eksplosionsulykker, hvilket bringer menneskers liv og ejendomssikkerhed i alvorlig fare. På grund af selve gassens diffusibilitet vil gassen efter en lækage diffundere langs jordoverfladen under påvirkning af ydre vindkraft og indre koncentrationsgradient og danne en forbrændingseksplosion eller giftig farezone på ulykkesstedet og udvide farligt område.
Når en gaslækageulykke indtræffer, skal tilsvarende foranstaltninger træffes så hurtigt som muligt for at minimere ulykkestabet. Rettidig og pålidelig påvisning af indholdet af visse gasser i luften, rettidige og effektive afhjælpende foranstaltninger og korrekte bortskaffelsesmetoder for at reducere ulykker forårsaget af lækage er nødvendige forudsætninger for at undgå større ejendom og ulykker. Dette stiller højere krav til gasdetektions- og overvågningsudstyr. Som en vigtig gasdetektor er gassensor blevet stærkt udviklet i de senere år. Udviklingen af gassensor gør dens anvendelse mere og mere omfattende.
Oversigt over gassensor
Udlandet begyndte at forske i og udvikle gassensorer i 1930'erne. Tidligere blev gassensorer hovedsageligt brugt til detektering og alarmering af kulgas, flydende petroleumsgas, naturgas og gas i miner. På nuværende tidspunkt er de typer af gasser, der skal påvises, udvidet fra de oprindelige reducerende gasser (H2, C4H10, CH4) til giftige gasser (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Der findes mange typer gassensorer. I henhold til de forskellige gasfølende materialer og gasfølende karakteristika, der anvendes, kan den opdeles i halvledertype, fast elektrolyttype, elektrokemisk type, kontaktforbrændingstype, polymertype osv.
Halvleder gas sensor
Denne sensor bruger hovedsageligt halvledergasfølsomme materialer. Siden halvledermetaloxidgassensoren kom ud i 1962, har den været meget brugt på grund af dens fordele ved høj følsomhed og hurtig respons, og den er blevet en af de største og mest udbredte sensorer i verden. I henhold til de forskellige måder at detektere den karakteristiske gasfølende mængde på, er den opdelt i to typer: resistiv type og ikke-resistiv type.
Resistiv halvledergassensor fungerer ved at detektere ændringen af gassensor med gasindhold. Metaloxid keramiske gasfølsomme materialer anvendes hovedsageligt. Med forskning og udvikling af nye materialer som kompositmetaloxider og blandede metaloxider i de seneste år er denne gassensors egenskaber og anvendelsesområde blevet væsentligt forbedret. For eksempel: WO3-gassensor kan detektere NH3-koncentrationsområde fra 5 ppm til 50 ppm, ZnO-CuO-gassensor er meget følsom over for 200 ppm CO.
Ikke-resistive halvledergassensorer arbejder ud fra princippet om, at gassensorens strøm eller spænding ændres med gasindholdet. Der er hovedsageligt MOS diode type og junction diode type, og felteffekt rør type gassensor. De fleste af detektionsgasserne er brændbare gasser som brint og silan.
Solid Electrolyte Gas Sensor
Fastelektrolytgassensorer bruger faste elektrolytgasfølende materialer som gasfølende elementer. Princippet er, at det gasfølsomme materiale genererer ioner, når det passerer gennem gassen, og derved danner en elektromotorisk kraft, og måler den elektromotoriske kraft for at måle gaskoncentrationen. På grund af denne sensors høje ledningsevne, gode følsomhed og selektivitet er den blevet meget brugt og er gået ind på næsten alle områder inden for petrokemi, miljøbeskyttelse, minedrift osv., næst efter metaloxid-halvledergassensorer. For eksempel YST-Au-WO3 til måling af H2S, NH plus 4CaCO3 til måling af NH3 osv.
Kontakt forbrændingsgassensor
Det kan opdeles i direkte kontakt forbrændingstype og katalytisk kontakt forbrændingstype. Dens funktionsprincip er: når det gasfølsomme materiale aktiveres, oxideres og brændes den brændbare gas under påvirkning af en katalysator, og den genererede varme opvarmer varmetråden, hvorved dens modstandsværdi ændres og modstandsændringen måles. at måle gaskoncentrationen. Denne sensor kan kun måle brændbare gasser og er ufølsom over for ikke-brændbare gasser. For eksempel har sensorer fremstillet ved at belægge aktive katalysatorer Rh og Pd på Pt-tråd bredspektrede egenskaber, det vil sige, at de kan detektere forskellige brændbare gasser. Kontaktforbrændingsgassensoren er meget stabil ved omgivelsestemperatur og kan detektere de fleste brændbare gasser med den nedre eksplosionsgrænse. Det er meget udbredt til overvågning og alarmering af brændbare gasser i petrokemiske anlæg, skibsværfter, minetunneler, badeværelser, køkkener osv.
Polymer gas sensor
Gassensorer, der anvender polymergasfølende materialer, er blevet stærkt udviklet i de senere år. Når det polymere gasfølende materiale støder på en specifik gas, vil dets fysiske egenskaber såsom modstand, dielektrisk konstant, materialeoverflade akustiske bølgeudbredelseshastighed og -frekvens og materialevægt ændres. Der er hovedsageligt phthalocyaninpolymerer, LB-film, phenylcyanin-acetylen, polyvinylalkohol-phosphorsyre, polyisobutylen, aminoundecylsilan osv. Polymergasfølende materialer spiller en vigtig rolle i påvisningen af giftige gasser og madens friskhed på grund af deres lette betjening, enkel proces, god selektivitet ved stuetemperatur, lav pris og nem kombination med mikrostruktursensorer og overfladeakustiske bølgeenheder. I henhold til de gasfølende egenskaber af de anvendte materialer kan denne type sensor opdeles i: polymerresistive gassensorer, der måler gaskoncentrationen ved at måle modstanden af gasfølende materialer; koncentrationsbatteritype gassensorer, der måler den elektromotoriske kraft for at bestemme gaskoncentrationen ved at danne en koncentrationscelle, når det gasfølende materiale absorberer gas; akustiske bølgegassensorer på overfladen, der er lavet ud fra princippet om, at udbredelseshastigheden eller frekvensen af lydbølger på overfladen af materialet ændres, efter at den gasfølende polymer absorberer gas; Polymergassensoren har høj følsomhed over for specifikke gasmolekyler, god selektivitet, enkel struktur, kan bruges ved normal temperatur og kan supplere manglerne ved andre gassensorer.
