Detalizēti izskaidrojiet gāzes detektoru noteikšanas principu
Gāzes detektors ir instruments, kas īpaši izstrādāts drošas gāzu koncentrācijas noteikšanai. Tās darbības princips galvenokārt ietver gāzes sensoru savākto fizisko vai ķīmisko neelektrisko signālu pārvēršanu elektriskos signālos un pēc tam iepriekš minēto elektrisko signālu labošanu un filtrēšanu caur ārējām ķēdēm. Apstrādātos signālus pēc tam kontrolē atbilstoši moduļi, lai panāktu gāzes noteikšanu. Tomēr gāzes detektora kodols ir iebūvēta sensora sastāvdaļa, kas atšķir noteikšanas tehnoloģijas principus, pamatojoties uz dažādām atklātajām gāzēm. Tās principi galvenokārt ir sadalīti šādās sešās kategorijās:
1) Katalītiskās sadegšanas princips:
Katalītiskā sadegšanas sensors izmanto katalītiskās sadegšanas termiskā efekta principu, kas sastāv no mērīšanas tilta, ko veido detektoru un kompensācijas elementu savienošana. Noteiktos temperatūras apstākļos degošā gāze tiek pakļauta bezliesmas degšanai uz detektēšanas elementa nesēja virsmas un katalizatora ietekmē. Paaugstinās nesēja temperatūra, un attiecīgi palielinās arī platīna stieples pretestība tajā, izraisot līdzsvara tilta līdzsvara zudumu un izvadot elektrisko signālu, kas ir proporcionāls degošās gāzes koncentrācijai, mērot platīna stieples pretestības izmaiņu lielumu, var noteikt degošu gāzu koncentrāciju.
Galvenokārt izmanto uzliesmojošu gāzu noteikšanai, ar labu izejas signāla linearitāti, uzticamu indeksu, pieņemamu cenu un bez savstarpējas inficēšanās ar citām nedegošām gāzēm.
2) Infrasarkanais princips:
Infrasarkanais sensors nepārtraukti laiž izmērāmo gāzi caur noteikta garuma un tilpuma tvertni un izstaro infrasarkanās gaismas staru no vienas no divām caurspīdīgajām tvertnes gala virsmām. Ja infrasarkanā sensora viļņa garums sakrīt ar izmērītās gāzes absorbcijas spektru, infrasarkanā enerģija tiek absorbēta, un infrasarkanās gaismas intensitātes vājināšanās, kas iet caur izmērīto gāzi, atbilst Lamberta Bēra likumam. Jo lielāka ir gāzes koncentrācija, jo lielāka ir gaismas vājināšanās. Šajā brīdī infrasarkanās gaismas absorbcija ir tieši proporcionāla absorbējošā materiāla koncentrācijai, un tādējādi gāzes koncentrāciju var izmērīt, mērot infrasarkanās gaismas vājināšanos ar gāzi.
Ilgs kalpošanas laiks (no 3 līdz 5 gadiem), augsta jutība, laba stabilitāte un bez toksicitātes, mazāka ietekme uz vidi un nav atkarības no skābekļa. Infrasarkanajiem gāzes sensoriem ir augsta uzraudzības jutība, un tie var precīzi atšķirt pat nelielus PPB daudzumus vai zemas PPM kategorijas gāzu koncentrācijas. Mērījumu diapazons ir plašs, un tas parasti var analizēt augstas koncentrācijas 100 procentu VOL gāzi, kā arī analizēt 1ppb līmeņa zemas koncentrācijas analīzi.
3) Elektroķīmiskie principi:
Elektroķīmiskie sensori parasti sastāv no trim daļām: elektrodiem, elektrolītiem un pusvadītāju elektrodiem, kas ir sensora galvenās sastāvdaļas. Tie ir izgatavoti no metāla vai pusvadītāju materiāliem un var ķīmiski reaģēt ar gāzes molekulām. Elektrolīts ir vadošs šķidrums, kas var savienot elektrodus ar pusvadītājiem, lai izveidotu pilnīgu ķēdi. Pusvadītājs ir īpašs materiāls, kas var pārveidot strāvas signālu starp elektrodu un elektrolītu digitālā signālā, tādējādi panākot gāzes koncentrācijas noteikšanu.
Elektroķīmisko gāzes sensoru darbības princips ir balstīts uz redoksreakcijām. Kad gāzes molekulas nonāk saskarē ar elektroda virsmu, tajās notiek oksidācijas-reducēšanās reakcija, radot strāvas signālu. Šo strāvas signālu var pārsūtīt uz pusvadītāju caur elektrolītu un pēc tam pārveidot par ciparu signālu. Digitālā signāla lielums ir tieši proporcionāls gāzes koncentrācijai, tāpēc gāzes koncentrāciju var noteikt, izmērot digitālā signāla izmēru.
Galvenokārt izmanto toksisku gāzu noteikšanai, ar augstu jutību, ātru reakcijas ātrumu, labu uzticamību un ilgu kalpošanas laiku. Tas var noteikt dažādas gāzes, piemēram, oglekļa monoksīdu, oglekļa dioksīdu, skābekli, slāpekli utt. To plaši izmanto rūpniecībā, veselības aprūpē, vides aizsardzībā un citās jomās.
4) PID fotojonizācijas princips:
PID princips ir tāds, ka organiskās gāzes jonizēsies UV gaismas avota ierosmes ietekmē. PID izmanto UV (ultravioleto) lampu, un organiskās vielas jonizē UV lampas ierosmes ietekmē. Jonizētie "fragmenti" nes pozitīvus un negatīvus lādiņus, kā rezultātā starp diviem elektrodiem rodas elektriskā strāva. Detektors pastiprina strāvu un parāda GOS gāzes koncentrāciju, izmantojot instrumentus un aprīkojumu.
Galvenokārt izmanto rafinēšanas nozares uzraudzībai, bīstamu ķīmisko vielu noplūžu ārkārtas apstrādei, bīstamo zonu noteikšanai noplūdēm, naftas tvertņu staciju drošības uzraudzībai un organisko vielu izplūdes attīrīšanas efektivitātes uzraudzībai.
5) Siltumvadītspējas princips:
Mērītās gāzes koncentrācijas analīze galvenokārt tiek veikta, mērot jauktās gāzes siltumvadītspējas izmaiņas. Parasti gāzes sensora siltumvadītspējas atšķirība tiek pārveidota par pretestības izmaiņām caur ķēdi. Tradicionālā noteikšanas metode ir pārbaudāmās gāzes nosūtīšana gāzes kamerā, kur gāzes kameras centrā ir termojutīgs elements, piemēram, termojutīgs rezistors, platīna stieple vai volframa stieple. Sildot līdz noteiktai temperatūrai, jauktās gāzes siltumvadītspējas izmaiņas tiek pārveidotas par termojutīgā elementa pretestības izmaiņām. Pretestības vērtības izmaiņas ir salīdzinoši viegli precīzi izmērāmas.
6) Pusvadītāju principi:
Pusvadītāju gāzes sensori tiek izgatavoti, izmantojot gāzes oksidācijas-reducēšanas reakciju uz pusvadītāju virsmas, lai izraisītu jutīgo komponentu pretestības vērtības izmaiņas. Kad pusvadītāju ierīce tiek uzkarsēta līdz stabilam stāvoklim un tiek adsorbēta, gāzei saskaroties ar pusvadītāja virsmu, adsorbētās molekulas vispirms brīvi izkliedējas uz objekta virsmas, zaudējot savu kinētisko enerģiju. Dažas molekulas tiek iztvaicētas, bet pārējās molekulas tiek pakļautas termiskai sadalīšanai un adsorbcijai uz objekta virsmas. Ja pusvadītāja darba funkcija ir mazāka par adsorbētās molekulas afinitāti, adsorbētā molekula atņems elektronus no ierīces un kļūs par negatīvo jonu adsorbciju, uz pusvadītāja virsmas veidojot lādiņa slāni.
