Vrste plinskih senzora i njihova primjena u opremi za detekciju i nadzor plina
S razvojem petrokemijske industrije povećane su vrste i područja primjene zapaljivih, eksplozivnih i otrovnih plinova. Jednom kada ti plinovi iscure tijekom proizvodnje, transporta i upotrebe, uzrokovat će trovanje, požar, pa čak i eksploziju, ozbiljno ugrožavajući živote ljudi i sigurnost imovine. Zbog difuzibilnosti samog plina, nakon što dođe do istjecanja, plin će difundirati duž površine tla pod djelovanjem vanjske sile vjetra i unutarnjeg koncentracijskog gradijenta, stvarajući eksploziju izgaranja ili opasnu zonu otrova na mjestu nesreće i šireći opasno područje.
Nakon što dođe do nesreće s curenjem plina, moraju se poduzeti odgovarajuće mjere što je prije moguće kako bi se gubitak u nesreći sveo na najmanju moguću mjeru. Pravodobno i pouzdano otkrivanje sadržaja određenih plinova u zraku, pravovremene i učinkovite sanacijske mjere te ispravne metode zbrinjavanja za smanjenje nesreća uzrokovanih curenjem nužni su uvjeti za izbjegavanje velikih materijalnih šteta i žrtava. Ovo postavlja veće zahtjeve za opremu za detekciju i nadzor plina. Kao važan detektor plina, senzor plina uvelike je razvijen posljednjih godina. Razvoj plinskog senzora čini njegovu primjenu sve širom.
Pregled senzora plina
Strane zemlje počele su istraživati i razvijati plinske senzore 1930-ih. U prošlosti su se plinski senzori uglavnom koristili za detekciju i alarmiranje plina ugljena, ukapljenog naftnog plina, prirodnog plina i plina u rudnicima. Trenutačno su vrste plinova koje je potrebno detektirati proširile s izvornih redukcijskih plinova (H2, C4H10, CH4) na otrovne plinove (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Postoje mnoge vrste senzora plina. Prema različitim materijalima za senzor plina i korištenim karakteristikama senzora plina, može se podijeliti na tip poluvodiča, tip čvrstog elektrolita, elektrokemijski tip, tip kontaktnog izgaranja, tip polimera itd.
Poluvodički senzor plina
Ovaj senzor uglavnom koristi poluvodičke materijale osjetljive na plin. Otkako se poluvodički plinski senzor metalnog oksida pojavio 1962. godine, naširoko je korišten zbog svojih prednosti visoke osjetljivosti i brzog odziva, te je postao jedan od najvećih i najraširenijih senzora na svijetu. Prema različitim načinima detekcije karakteristične veličine senzora plina, ona se dijeli na dvije vrste: otporni tip i tip bez otpora.
Otporni poluvodički plinski senzor radi detekcijom promjene plinskog senzora sa sadržajem plina. Uglavnom se koriste metalni oksid keramički materijali osjetljivi na plin. S istraživanjem i razvojem novih materijala kao što su kompozitni metalni oksidi i miješani metalni oksidi posljednjih godina, značajke i raspon primjene ovog plinskog senzora znatno su poboljšani. Na primjer: senzor plina WO3 može otkriti raspon koncentracije NH3 od 5 ppm do 50 ppm, senzor plina ZnO-CuO vrlo je osjetljiv na 200 ppm CO.
Poluvodički plinski senzori bez otpora rade na principu da se struja ili napon plinskog senzora mijenja s sadržajem plina. Uglavnom postoje tip MOS diode i tip spojne diode, te plinski senzor tipa cijevi s efektom polja. Većina plinova za detekciju su zapaljivi plinovi kao što su vodik i silan.
Senzor plina čvrstog elektrolita
Plinski senzori krutog elektrolita koriste materijale za osjet plina krutog elektrolita kao elemente za osjet plina. Načelo je da materijal osjetljiv na plin stvara ione kada prolazi kroz plin, stvarajući tako elektromotornu silu i mjerenje elektromotorne sile za mjerenje koncentracije plina. Zbog visoke vodljivosti, dobre osjetljivosti i selektivnosti ovog senzora, naširoko je korišten i ušao je u gotovo sva područja petrokemije, zaštite okoliša, rudarstva itd., odmah iza senzora plina s metalnim oksidom i poluvodičem. Na primjer, YST-Au-WO3 za mjerenje H2S, NH plus 4CaCO3 za mjerenje NH3, itd.
Kontaktirajte senzor plina izgaranja
Može se podijeliti na izgaranje s izravnim kontaktom i izgaranje s katalitičkim kontaktom. Njegov princip rada je: kada je materijal osjetljiv na plin pod naponom, zapaljivi plin se oksidira i izgara pod djelovanjem katalizatora, a stvorena toplina zagrijava grijaću žicu, mijenjajući tako njezinu vrijednost otpora i mjereći promjenu otpora za mjerenje koncentracije plina. Ovaj senzor može mjeriti samo zapaljive plinove i neosjetljiv je na nezapaljive plinove. Na primjer, senzori izrađeni nanošenjem aktivnih katalizatora Rh i Pd na Pt žicu imaju karakteristike širokog spektra, odnosno mogu detektirati različite zapaljive plinove. Kontaktni senzor plina izgaranja vrlo je stabilan na temperaturi okoline i može otkriti većinu zapaljivih plinova s donjom granicom eksplozije. Široko se koristi u nadzoru i alarmu zapaljivih plinova u petrokemijskim postrojenjima, brodogradilištima, rudničkim tunelima, kupaonicama, kuhinjama itd.
Senzor polimernog plina
Plinski senzori koji koriste polimerne materijale za senzore plina uvelike su razvijeni posljednjih godina. Kada polimerni materijal koji osjeti plin naiđe na određeni plin, promijenit će se njegova fizička svojstva kao što su otpor, dielektrična konstanta, brzina i frekvencija širenja akustičnog vala na površini materijala i težina materijala. Tu su uglavnom ftalocijaninski polimeri, LB film, fenilcijanin acetilen, polivinil alkohol-fosforna kiselina, poliizobutilen, aminoundecil silan, itd. Polimerni materijali za senzor plina igraju važnu ulogu u detekciji toksičnih plinova i svježine hrane zbog jednostavnosti rada, jednostavan postupak, dobra selektivnost na sobnoj temperaturi, niska cijena i jednostavna kombinacija sa senzorima mikrostrukture i uređajima s površinskim akustičnim valovima. Prema svojstvima senzora plina upotrijebljenih materijala, ovaj tip senzora može se podijeliti na: polimerne otporne senzore plina koji mjere koncentraciju plina mjerenjem otpora materijala senzora plina; plinski senzori tipa baterije za koncentraciju koji mjere elektromotornu silu za određivanje koncentracije plina formiranjem koncentracijske ćelije kada materijal koji osjeti plin apsorbira plin; senzori plina s površinskim akustičnim valom koji su napravljeni na temelju načela da se brzina širenja ili frekvencija zvučnih valova na površini materijala mijenja nakon što polimer koji osjeti plin apsorbira plin; Polimerni plinski senzor ima visoku osjetljivost na specifične molekule plina, dobru selektivnost, jednostavnu strukturu, može se koristiti na normalnoj temperaturi i može nadopuniti nedostatke drugih plinskih senzora.
