Johdanto kaasuantureihin: Rakentaminen, tyypit ja työ

Kaasianturit ovat parhaita laitteita nykyaikaisessa tekniikassa, tarkkailemalla ja havaitsemalla erilaisia ​​kaasuja monissa ympäristöissä.Niiden kyky muuttaa kaasutasot sähköisiksi signaaleiksi fysikaalisten tai kemiallisten reaktioiden kautta tekee niistä arvokkaita sovelluksille, jotka vaihtelevat teollisuusturvallisuudesta kotitalouksien turvallisuuteen.

Tässä artikkelissa käsitellään erityyppisiä kaasusantureja, tutkimalla niiden toimintaperiaatteita, etuja ja rajoituksia.Tutkiessaan näiden anturien, etenkin laajalti käytettyjen metallioksidikaasianturien komponentteja ja toimintoja, voimme arvioida niiden merkitystä turvallisuuden varmistamisessa, ilmanlaadun ylläpitämisessä ja erilaisten teollisuusprosessien tukemisessa.Näiden anturien käytännön käytön, kalibroinnin ja ylläpidon ymmärtäminen parantaa niiden luotettavuutta ja tarkkuutta, mikä tekee niistä suosituimpia työkaluja sekä ammatillisissa että kotimaisissa olosuhteissa.

Luettelo

Kuva 1: Kaasianturi

Mikä on kaasuanturi?

Kaasianturi on laite, joka on suunniteltu havaitsemaan kaasujen läsnäolo tai pitoisuus ympäristössä.Se toimii mittaamalla sisäisen materiaalin vastusmuutokset, mikä tuottaa jänniteeron.Tämä jänniteero auttaa tunnistamaan ja arvioimaan läsnä olevan kaasun tyypin ja määrän.Erityiset kaasut, jotka anturi voi havaita, riippuvat materiaalista, josta se on valmistettu.

Kaasianturit muuttavat kaasutasot sähköisiksi signaaleiksi fysikaalisten tai kemiallisten reaktioiden kautta.Nämä signaalit käsitellään luettavissa olevien tietojen tarjoamiseksi.Ne ovat erityisen hyödyllisiä myrkyllisten ja haitallisten kaasujen sekä maakaasuvuotojen havaitsemisessa.Kaasianturit mittaavat palavia, syttyviä ja myrkyllisiä kaasuja ja jopa happitasoja, mikä tekee niistä hyviä turvallisuuden ja ilmanlaadun seurantaa varten.

Kaasianturin suorituskyvyn standardi

Kun valitaan kaasuanturit, on välttämätöntä arvioida huolellisesti useita avainmittausvaatimuksia varmistaakseen niiden tehokkuuden ja tarkkuuden kaasun havaitsemissovelluksissa.Nämä tekniset tiedot ovat anturin suorituskyvyn kriteerit, etenkin asetuksissa, joissa turvallisuus on ensisijainen tavoite ja prosessinhallintajärjestelmissä.

Reaktioaika

Vasteaika on aikakaasun alkuperäisen kosketuksen anturin ja anturin seuraavan signaalinkäsittelyn välillä.Tämä parametri, joka vaatii välitöntä kaasun havaitsemista vaarallisten tapahtumien estämiseksi tai prosessin eheyden ylläpitämiseksi.Lyhyemmät vasteajat ovat edullisia ympäristöissä, joissa nopea havaitseminen voi vähentää riskejä, kuten kemiallisia kasveja tai suljettuja tiloja, joilla on potentiaalisia kaasuvuotoja.Käytännöllisissä toiminnoissa kaasuanturi, jonka vasteaika on alle 10 sekuntia, on ihanteellinen äkillisten vuotojen havaitsemiseksi.Tämä mahdollistaa nopeat reagointitoimet, kuten evakuointi tai järjestelmän sammutus.

Kuva 2: Kaasianturin vaste- ja palautumisaika

Havaitsemisetäisyys

Tunnistusetäisyys on maksimialue, jolla anturi voi havaita kaasun tehokkaasti lähteestä tai vuodosta.Tämä eritelmä sanelee, missä anturit tulisi asettaa kattavan seurannan varmistamiseksi.Suurissa teollisuusasetuksissa anturit on sijoitettava strategisesti koko laitoksen kattamiseksi varmistaen, että jopa pienet kaasupäästöt havaitaan ennen kuin kärjistyvät vaaralliselle tasolle.Esimerkiksi anturit, joiden havaitsemisetäisyys on 1-2 metriä, sijoitetaan usein potentiaalisten vuotopisteiden lähelle, kun taas suuremmat alueet (enintään 10 metriä) voivat seurata laajempia alueita keskuspaikkoista.

Virtausnopeus

Kuva 3: Kaaviokuva kaasun virtausanturista

Virtausnopeus edustaa ilman tai kaasun tilavuutta, jonka on virtattava anturin läpi havaittavan signaalin tuottamiseksi.Kaasupitoisuuden tarkkojen lukemien takaamiseksi tämä nopeus on asetettava oikein.Riittämättömät virtausnopeudet voivat johtaa viivästyneeseen havaitsemiseen tai vääriin positiivisiin, vaarantaen turvallisuuden ja toiminnan tehokkuuden.Operaattorit voivat säätää ilmanvaihtojärjestelmiä tai käyttää apupuhaltimia ylläpitääksesi optimaalisia virtausnopeuksia anturien välillä.Virtausnopeuden varmistaminen 0,5 - 2 litraa minuutissa anturin yli voi parantaa merkittävästi havaitsemistarkkuutta ympäristöissä, joissa on muuttuvat ilmavirta -olosuhteet.

Anturin lähtöparametri

Kaasianturit mittaavat ja raportoivat havaittuja kaasuja eri muodoissa erilaisten seurantatarpeiden tyydyttämiseksi.

Prosentti lel (alhaisempi räjähdysraja)

Mittaa palavan kaasun pienin konsentraatio, joka voi ylläpitää liekkiä sekoitettuna ilmassa ja sytytettynä.Tarvitaan turvallisuuteen ympäristöissä, joissa on räjähtäviä kaasuja.0% LEL: n lukeminen osoittaa, että kaasua ei ole, kun taas 100% LEL tarkoittaa, että kaasupitoisuus on saavuttanut syttyvän rajansa aiheuttaen merkittävän räjähdysriskin.Operaattorit seuraavat LEL: ää varmistaakseen, että kaasun tasot pysyvät vaarallisten kynnysarvojen alapuolella.Säännölliset tarkastukset ja välittömät toimenpiteet korkeista lukemista onnettomuuksien estämiseksi.

Määrän määrä

Laskee liuenneen aineen tilavuuden jaettuna kaikkien komponenttien kokonaistilavuudella, kerrottuna 100%.Kaasun havaitsemisen kannalta vähemmän yleinen, mutta hyödyllinen sovelluksille, joihin liittyy kaasu-neste-vuorovaikutuksia.Nestemäisten seoksien kaasukonsentraatioiden tarkka mittaus auttaa laadunvalvontaa ja prosessien optimointia.

Osat miljoonaa (ppm)

Mittaa kaasupitoisuudet PPM: ssä, mikä mahdollistaa erittäin alhaisen kaasun tasot tarkka seuranta.Vaaditaan hivenaasujen havaitsemiseksi ympäristön seurannassa ja laadunvalvonnassa.Jatkuva seuranta varmistaa turvallisuus- ja ympäristömääräysten noudattamisen.Pieniä vaihtelua seurataan mahdollisten ongelmien tunnistamiseksi varhain.

Vuotomittaukset (ml/min)

Osoittaa nopeuden, jolla kaasu karkaa järjestelmästä.Se auttaa tunnistamaan ja kvantifioimaan vuodot.Näitä tietoja käyttämällä operaattorit voivat varmistaa järjestelmän eheyden, välttää suuria tappioita ja suorittaa huoltoa ja korjauksia ajoissa.

Kulutusmittaukset (ml/l/h.)

Heijastaa prosessissa kuluneen kaasun kulutusta.Erinomainen käytettäväksi esimerkiksi teollisuusprosesseissa ja biologisessa tutkimuksessa.On mahdollista tunnistaa tehottomuudet ja optimoida prosessit seuraamalla kaasunkulutusta.

Tiheysmittaukset (mg/m³)

Tarjoaa tietoa kaasun fysikaalisista ominaisuuksista tietyssä tilavuudessa.Hyödyllinen pilaantumisen torjunnassa ja ilmanlaadun arvioinnissa.Varmistaa ympäristöstandardien noudattamisen ja apuvälineiden tehokkaiden pilaantumisen torjuntastrategioiden suunnittelussa.

Allekirjoitus- tai spektrimittaukset

Tarjoaa läsnä olevien kaasujen spektrin allekirjoituksen, jota usein esitetään kromatogrammina.Käytetään edistyneissä analyyttisissä tekniikoissa, kuten kaasukromatografia.Yksityiskohtainen kaasun koostumuksen ja pitoisuuden analyysi auttaa tunnistamaan epäpuhtaudet ja varmistamaan tuotteen puhtauden.

Nämä signaalit käsitellään reaaliaikaisten tietojen tuottamiseksi kaasupitoisuuksista, automatisoitujen ohjausjärjestelmien auttamiseksi.

Yleinen Lähtösignaalit kaasuantureista	Funktiot
Analoginen jännite	jatkuva sähköinen signaali edustaa muuttuvia tietoja
Pulssisignaalit	Ajoitukseen käytetyt lyhyet energiapurskeet ja synkronointi
Analogiset virrat	sähkövirrat vaihtelevat suuruudessa Tietojen välittäminen
Kytke- tai releulokkeet	mekanismit, jotka avaavat tai sulkevat piirit Sähkövirtaus

Kartoittaa 1: Kaasianturin lähtösignaali ja toiminnot

Kaasianturityypit työskentelevät periaatteet perustuvat

Kaasianturit luokitellaan niiden toimintaperiaatteiden perusteella.Jokaisella tyypillä on selkeät ominaisuudet, edut ja haitat, mikä sopii niihin erilaisiin sovelluksiin ja ympäristöihin.

Puolijohde- / metallioksidipohjainen kaasuanturi

Kuva 4: Kaavion puolijohde- / metallioksidipohjaiset kaasutunnistimet

Kuva 5: Puolijohdekaasuanturi todellinen

Nämä anturit tunnistavat kaasut seuraamalla puolijohteen vastustuskykyä, kun se joutuu kosketuksiin kaasujen kanssa.Yleensä niihin sisältyy metallioksidin tunnistuskomponentti, kuten tindioksidi (SNO2), joka on asetettu elektrodeilla varustettuun substraattiin ja lämmityselementille.Metallioksidikerroksen huokoinen luonne lisää kaasun vuorovaikutuksiin käytettävissä olevaa pinta -alaa.Koska kaasut adsorboituu tähän kerrokseen, anturin sähkönjohtavuudessa tapahtuu muutoksia, mikä puolestaan ​​muuttaa sen vastustusta.Nämä anturit ovat erityisen herkkiä monenlaiselle kaasuvalikoimalle ja ovat kustannustehokkaita valmistukseen.Siitä huolimatta ne vaativat rutiininomaista kalibrointia ja lämpötila ja kosteus vaikuttaa niiden suorituskykyyn.

Edut:

• Yksinkertainen rakenne

• Alhaiset kustannukset

• Korkea havaitsemisherkkyys

• Nopea reaktionopeus

Haitat:

• Pieni mittausalue

• Muut kaasut ja lämpötila vaikuttaa

Sähkökemiallinen kaasuanturi

Kuva 6: Kaavion sähkökemialliset anturin osat

Kuva 7: Esimerkki myrkyllisten ja palavan kaasun havaitsemisen sähkökemiallisesta anturista

Sähkökemialliset anturit kvantitoivat kaasujen pitoisuuden hapettamalla tai vähentämällä kohdekaasua elektrodilla ja tallentamalla tämän prosessin tuottama virran.Nämä laitteet sisältävät elektrolyyttiin upotetut työ-, vasta- ja vertailuelektrodit, jotka kaikki sisältyvät pieneen koteloon, joka sisältää kaasua läpäisevän kalvon.Kaasut kulkevat tämän kalvon läpi ja osallistuvat redox -reaktioon työelektrodissa tuottaen virran, joka on suoraan verrannollinen kaasupitoisuuteen.Poikkeuksellisesta spesifisyydestään ja tarkkuudestaan ​​tunnettuja antureita voi vaarantaa muiden kaasujen läsnäolo, ja sillä on taipumus olla rajallinen toimintaikä niiden aktiivisten materiaalien asteittaisen ehtymisen vuoksi.

Edut:

• Nopea vasteaika

• Hyvä lineaarinen lähtö

• Korkea tarkkuus

Haitat:

• Tarvitset happea rikas ympäristö

• Kuluta nestemäisiä elektrolyyttejä

• Altti lämpötilaan, kosteuteen ja paineen muutoksiin

Ei-dispergoiva infrapuna (NDIR) kaasuanturi

Kuva 8: Kaavion NDIR -anturin osat

Kuva 9: ​​Todellinen NDIR -anturi

NDIR -anturit käyttävät infrapunavaloa Lähde ja ilmaisin kaasupitoisuuksien määrittämiseksi infrapuna imeytyminen.Ne on varustettu infrapunavalonlähteellä, kaasun kammiolla Näytteet, aallonpituussuodatin ja infrapuna -ilmaisin.Kun kaasut absorboivat Erityiset infrapunavalon aallonpituudet, anturin ilmaisin kvantifioi Tämän imeytymisen laajuus kaasupitoisuuden arvioimiseksi.Nämä anturit ylpeilevät Suuri tarkkuus ja pitkäikäisyys, eivätkä ole alttiita anturimyrkytyksille. Ne ovat kuitenkin yleensä kalliita ja rajoittuvat kaasujen havaitsemiseen, jotka absorboivat Infrapunavalo.

Edut:

• mittaa kaasuja, kuten hiilidioksidia

• Ei vaadi happea

• Korkea mittauspitoisuuskyky

• Hyvä vakaus ja alhaiset ylläpitokustannukset

Haitat:

• Suuri virrankulutus

• kallis

• Monimutkainen rakenne ja ohjelmisto-/laitteistovaatimukset

Katalyyttinen kaasuanturi

Kuva 10: Kaavio katalyyttiset anturin osat

Kuva 11: Katalyyttinen anturiesimerkki

Katalyyttiset anturit tunnistavat syttyvät kaasut katalyyttisen helmen kautta, joka muuttaa sen resistenssiä kaasun hapettumisen aikana.Nämä Antureihin sisältyy katalyyttipäällysteinen anturi-helmi referenssin rinnalla elementti, järjestetty Wheatstone -siltakokoonpanoon suojaavassa kotelot.Palavien kaasujen hapettuminen katalyytin pinnalla tuottaa Lämpö, ​​mikä johtaa piiri havaitsemaan vastusmuutokseen.Tehokas jhk Nopeasti havaitsevat matalat kaasupitoisuudet, nämä anturit vaativat Hapen esiintyminen ja spesifiset kemialliset aineet voivat vaarantaa.

Edut:

• voimakas vastus ankarille ilmastoille ja myrkyllisille kaasuille

• Pitkä käyttöikä

• Alhaiset ylläpitokustannukset

Haitat:

• Räjähdyksen tai tulen riski pimeissä ympäristöissä

• Sulfidi- ja halogeeniyhdisteiden myrkytykselle alttiita

• Suuremmat virheet matalan happisten ympäristöissä

Fotoionisaation ilmaisin (PID)

Kuva 12: Kaaviotavat PID -osat

Kuva 13: PID -esimerkki

Fotoionisaation ilmaisimet (PID) hyödyntävät Ultraviolettivalo kaasujen ionisoimiseksi ja tuotetun sähkövirran mittaamiseksi näillä ionilla kaasupitoisuuksien arvioimiseksi.Järjestelmä käsittää UV -lampun, ionisaatiokammio ja elektrodit.Kaasumolekyylien ionisointi laukaisee sähkövirta elektrodien yli, joka korreloi suoraan Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) pitoisuus.PID: t tarjoavat korkean herkkyyden VOC: lle ja nopealle havaitsemisominaisuudelle, vaikka ne ovat kalliita ja heidän suorituskykyään Ympäristömuuttujat, kuten kosteus ja lämpötila, voivat vaikuttaa.

Edut:

• Korkea herkkyys

• Ei myrkytysongelmia

• Voi havaita yli 400 tyyppisiä haihtuvia orgaanisia kaasuja

Haitat:

• Lampun vaihdon korkeat kustannukset

• Ei voi mitata ilmaa, myrkyllisiä kaasuja tai maakaasua

Lämmönjohtavuuskaasuanturi

Kuva 14: Kaavamainen lämmönjohtavuusanturin osat

Kuva 15: Lämmönjohtavuusanturiesimerkki

Lämmönjohtavuusanturit arvioivat Eri kaasujen aiheuttamat lämmönjohtavuuden vaihtelut.Nämä anturit Sisällytä yleensä kaksi lämpöelementtiä, kuten termistorit tai lämpö kapellimet, jotka on järjestetty siltapiirin kokoonpanoon.Yksi elementti paljastetaan kohdekaasulle, kun taas muut rajapinnat referenssikaasulla.Muutokset Kaasikoostumus muuttaa lämmönjohtavuutta anturin ympärillä, vaikuttaen sen lämpötila ja vastus.Tämän jälkeen piiri kvantifioi tämän muutoksen. Nämä laitteet ovat suoraviivaisia, kestäviä ja kykeneviä havaitsemaan monia kaasuja, Vaikka ne tarjoavat vähemmän herkkyyttä ja ovat alttiita ympäristön muutoksille lämpötila.

Edut:

• Laaja havaitsemisalue

• Hyvä työvakaus

• Pitkä käyttöikä

• Ei katalyytin ikääntymisongelmia

Haitat:

• Huono havaitsemisen tarkkuus

• Matala herkkyys

• Altti lämpötilan siirtymiselle

Kaasukromatografian analysaattori

Kuva 16: Kaavamainen kaasukromatografian analysaattorin osat

Kuva 17: Kaasukromatografianalysaattori todellinen

Kaasukromatografia -analysaattorit erottavat ja kvantifioida kaasuseoksen komponentit erilaisilla ilmaisimilla.Ne koostuu injektorista, kromatografisesta pylväästä, kantajakaasujärjestelmästä ja a ilmaisin, kaikki sijaitsevat hallitussa ympäristössä.Kaasunäytteet otetaan käyttöön injektorin läpi sarakkeeseen, missä ne erotetaan miten He ovat vuorovaikutuksessa pylvään materiaalin kanssa.Erotetut komponentit ovat sitten ilmaisimella havaittu ja mitattu.Nämä analysaattorit tarjoavat erittäin tarkkuutta ja voi analysoida monimutkaisia ​​seoksia, mutta ne ovat kalliita, kysyntä asiantuntijan käsittely, ja ovat hankalampia verrattuna muihin kaasusantureihin.

Edut:

• Korkea herkkyys

• Sopii mikro- ja hivesanalyysiin

• Voi analysoida kompleksin monivaiheisia erotuskaasuja

Haitat:

• Ei voi saavuttaa jatkuvaa näytteenottoa ja analysointia

• Soveltuu paremmin laboratorioanalyysiin kuin teollisuuskentän kaasun seuranta

Kapasitanssipohjainen kaasuanturi

Kuva 18: Kaavamainen kapasitanssipohjaiset anturin osat

Kuva 19: Kapasitanssipohjainen anturi todellinen

Kapasitanssianturit tunnistavat muutokset kapasitanssi, joka johtuu absorboituneen kaasun dielektrisen vakion muutoksista anturin pintaan.Nämä anturit koostuvat kondensaattorista Sisältää dielektrisen materiaalin reaktiivisen kohdekaasuun, tyypillisesti suunniteltu MEMS -alustalla kompaktiuden parantamiseksi.Kaasumolekyylien imeytyminen Muuttaa dielektristä vakiota, mikä johtaa kapasitanssin muutokseen sitten kvantifioitu.Vaikka nämä anturit ovat poikkeuksellisen herkkiä ja ihanteellisia Kosteuden havaitseminen, ne ovat alttiita ympäristövaikutuksille, kuten lämpötila.

Edut:

• Korkea herkkyys

• Nopea vasteaika, joka sopii reaaliaikaiseen seurantaan

• Pieni virrankulutus

Haitat:

• Pitkäaikaiset vakausongelmat

• ristikkäisyys muille kaasuille

• Rajoitetut havaitsemisalueet

Akustiset kaasuanturit

Kuva 20: Kaavamainen akustinen kaasuanturin osat

Kuva 21: Akustiset kaasusanturit todelliset

Akustiset anturit toimivat käsite, joka muutokset kaasukäytyksessä vaikuttavat äänen nopeuteen seos.Ne on varustettu ääniaallon lähettimellä ja vastaanottimella, asetettu kammion sisällä tai reittiä pitkin, jolla kaasuseos voi olla vuorovaikutuksessa Ääniaallot.Akustisten ominaisuuksien vaihtelut tästä vuorovaikutuksesta tallennetaan ja analysoidaan.Nämä anturit tarjoavat ei-invasiivista seurantaa ja Muutosten nopea havaitseminen, mutta he voivat kohdata haasteita tarkkuudella ja tarvitsee usein säännöllistä kalibrointia.

Edut:

• Tunnista hermo- ja rakkuloiden edustajat

• Akkuton, sopiva langattomiin sovelluksiin

• Käytettävissä ankarissa ja pyörivissä osissa

Haitat:

• Vaikea käsitellä valmistuksen aikana pienen koon takia

Kalorimetrinen kaasuanturi

Kuva 22: (a) Kaavamainen kuva laitteen rakenteesta ja työperiaatteesta sekä (b) valokuva kalorimetrisestä TGS-laitteesta.(c) Kaavio ja valokuva kalorimetristen TGS-laitteiden mittausjärjestelmästä.

Kalorimetriset anturit havaitsevat lämmönmuutokset johtuu kohdekaasun ja spesifisen kemiallisista reaktioista reagenssi.Nämä laitteet on varustettu reaktiokammiolla, joka sisältää a katalyytti tai reagenssi, joka reagoi kaasun kanssa reagoidessaan lämpöä.Tämä Lämpötilan nostaminen tai väheneminen mitataan sitten integroidulla Lämpötila -anturi.Vaikka nämä anturit ovat erityisen tehokkaita Tiettyjen kaasujen havaitseminen, niillä on taipumus olla hitaampia reaktioaikoja ja vähemmän herkkyys kuin muut anturityypit.

Edut:

• Nopea vasteaika reaaliaikaiseen seurantaan

• Yksinkertainen suunnittelu

• Pitkäaikainen vakaus ja luotettavuus

• Pieni virrankulutus

Haitat:

• Katalyytteillä on rajoitettu elinikä ja ne voivat huonontua

• Hitaammat vasteajat erittäin alhaisissa kaasukonsentraatioissa

Magneettinen kaasuanturi

Kuva 23: Magneettiset vaikutukset, joita käytetään kaasun tunnistuslaitteen valmistukseen.(a) Hallin vaikutus, (b) Kerr -vaikutus.(c) Ferromagneettinen resonanssi (FMR) -vaikutus. (D) Magneto-plasmoninen vaikutus.e) magneettinen momentti tai spin -vaikutus.(f) Magnetaattinen spin-aalto (MSW) -vaikutus.

Kuva 24: Magneettianturi todellinen

Magneettiset anturit käyttävät magneettisia Erityisten kaasujen, kuten hapen, ominaisuudet niiden määrittämiseksi keskittyminen.Näissä laitteissa on magneettisia materiaaleja, jotka muuttavat niiden Magneettiset ominaisuudet, kun ne altistetaan tietyille kaasuille.Nämä muutokset havaitaan yksiköön integroitu magneettikenttäanturi.Muutos Kohdekaasun esiintymisen aiheuttamat magneettiset ominaisuudet mitataan ja analysoitu.Magneettiset anturit tarjoavat suurta vakautta ja ovat suurelta osin läpäisemättömiä Muiden kaasujen häiriöt.Ne voivat kuitenkin havaita vain paramagneettiset kaasut ja on yleensä hienostuneempi ja kalliimpi.

Edut:

• Ei-invasiivinen toiminta

• Nopea havaitseminen ja reaaliaikainen seuranta

• Jotkut tyypit eivät vaadi ulkoista virtaa

Haitat:

• monimutkainen ja kallis

• Vaadi usein kalibrointia

• Voi mittaa vain kaasuja, joilla on erityiset magneettiset ominaisuudet

• Ei kykenemätön ulkoisiin magneettikenttiin ja lämpötilan muutoksiin

Metallioksidikaasianturin komponentit

Kuva 25: Metallioksidikaasianturin kaavamaiset komponentit

Kaasutunnistuskerros: Kaasun tunnistuskerros on anturin ydin, havaitsee kaasun pitoisuus muuttuu.Se toimii kemiresistorina, muuttaen resistenssin altistuessaan tietyille kaasuille.Yleensä valmistettu tindioksidista (Sno₂), jolla on ylimääräisiä elektroneja (luovuttajaelementit), se muuttaa vastustuskykyä myrkyllisten kaasujen läsnä ollessa.Tämä vastusmuutos vaikuttaa virran virtaukseen korreloimalla kaasupitoisuuden kanssa, mikä tekee kaasun tunnistuskerroksen tarkkaan kaasun havaitsemiseksi.

Lämmittimen kela: Lämmittimen kela lisää kaasun tunnistuskerroksen herkkyyttä ja tehokkuutta pitämällä sitä korkeassa lämpötilassa.Nikkeli-kromi, joka tunnetaan korkeasta sulamispisteestään, se pysyy vakassa lämmössä.Tämä lämmitys aktivoi kaasun tunnistuskerroksen, jolloin se reagoi paremmin kaasuihin.Lämmittimen kela varmistaa anturin optimaalisen suorituskyvyn tarjoamalla lämpöenergiaa johdonmukaisesti.

Elektrodilinja: Elektrodilinja lähettää tehokkaasti pienet virrat kaasun anturikerroksesta.Platinuksesta, joka on arvostettu sen johtavuuteen, se varmistaa tarkan virransiirron ja mittauksen.Tämä tehokas elektronien liike on hyvä anturin tarkkuuteen kaasun havaitsemisessa.

Elektrodi: Elektrodi yhdistää kaasun anturikerroksen lähdön elektrodilinjaan.Valmistettu kullasta (Au - Aurum), ylemmästä johtimesta, se varmistaa minimaalisen vastus- ja tehokkaan virransiirron.Tämä yhteys on tärkeä tarkat kaasun pitoisuusmittaukset, mikä mahdollistaa saumattoman sähköisen signaalin siirron anturielementistä lähtöliittimiin.

Putkimainen keraaminen: putkimainen keraaminen, joka on yleensä valmistettu alumiinioksidista (al₂o₃), istuu lämmittimen kelan ja kaasun anturin kerroksen välillä.Sen korkea sulamispiste tukee anturikerroksen palamisprosessia ylläpitäen suurta herkkyyttä ja tehokasta lähtövirtaa.Putkimainen keraaminen tarjoaa rakenteellisen stabiilisuuden ja lämpöeristyksen, suojaamalla anturin sisäosat ja parantaa kestävyyttä ja suorituskykyä.

Mesh anturi -elementin yli: Metalliverkko peittää anturielementin, suojaa herkkiä komponentteja pölystä ja syövyttävistä hiukkasista.Tämä verkko suojaa anturia ulkoisilta epäpuhtauksilta ja ylläpitää kaasun tunnistuskerroksen eheyttä ja pitkäikäisyyttä.Suodattamalla haitallisia hiukkasia, verkko varmistaa, että anturi toimii tarkasti ja luotettavasti pitkien ajanjaksojen ajan.

Kuinka kaasusanturit toimivat?

Perustekniikka

Kaasianturit käyttävät kemiresistoria, joka on tyypillisesti valmistettu tindioksidista (SNO2).SNO2 on N-tyyppinen puolijohde, jolla on monia ilmaisia ​​elektroneja, jotka ovat hyviä sähkön johtamiseen.

Toiminta puhtaassa ilmassa

Puhtaassa ilmassa ilmakehän happimolekyylit kiinnittyvät SNO2 -pintaan.Nämä happimolekyylit kaappaavat ilmaisia ​​elektroneja SNO2: sta luomalla esteen, joka pysäyttää virran virtauksen.Siksi anturin lähtö on nolla tai lähtötasolla.

Reaktio myrkyllisiin tai palaviin kaasuihin

Altistuessaan myrkyllisille tai palaville kaasuille nämä kaasut reagoivat SNO2 -pinnan hapen kanssa vapauttaen loukkuun jääneet elektronit.Tämä vapaiden elektronien lisääntyminen nostaa SNO2: n johtavuutta.Tämän johtavuuden muutoksen taso vastaa kaasun pitoisuutta.

Kuinka käyttää kaasuanturia?

Kuva 26: Kaasianturimoduuli ja 4 liittimen

Peruskaasuanturilla on kuusi napaa: neljä tulo/lähtö (merkitty A, A, B, B) ja kaksi kelan kuumentamiseen (merkitty H, H).Tulo-/lähtöliittimiä voidaan käyttää keskenään.Kaasianturit tulevat usein moduuleiksi, jotka sisältävät itse anturin ja vertailun IC.Näissä moduuleissa on tyypillisesti neljä napaa: VCC (virtalähde), GND (maa), digitaalinen lähtö (signaali, joka osoittaa kaasun läsnäoloa) ja analoginen lähtö (jatkuva jännite, joka osoittaa kaasupitoisuuden).

Kasvava anturin lähtö

Koska pelkästään kaasuanturi tuottaa pienen lähdön (millivoltissa), tarvitaan ulkoinen piiri tämän lähtöä digitaaliseksi signaaliksi.Tämä muuntaminen käyttää vertailua (yleensä LM393), säädettävää potentiometriä ja lisävastuksia ja kondensaattoreita.LM393 -vertailu ottaa anturin lähdön, vertaa sitä referenssijännitteeseen ja tarjoaa digitaalisen lähdön.Potentiometri asettaa kaasupitoisuusasteen, joka laukaisee suuren tuotannon.

Kaasianturimoduulin peruspiirikaavio

Kuva 27: Kaasianturimoduulin kaasuanturin peruspiirikaavio

Kaasianturipiiri sisältää tulo-/lähtöliittimet (A ja B) ja lämmittimen liittimet (H).Lämmittimen kelan on saatava riittävä jännite anturin aktivoimiseksi.Ilman tätä tulojännitettä lähtövirta on vähäinen.Kun anturi kerros voi havaita kaasuja.

Ei kaasua läsnä:

Anturikerroksen vastus pysyy muuttumattomana, mikä johtaa minimaaliseen lähtövirtaan.

KAASU:

Esilämmitetty kela helpottaa havaitsemista muuttamalla materiaalin vastusta muuttamalla virran virtausta kuormitusvastuksella (RL).

RL: n arvo, tyypillisesti välillä 10 kΩ - 47 kΩ, kalibroidaan halutun herkkyyden perusteella kaasupitoisuudelle.Matalammat resistanssiarvot vähentävät herkkyyttä, kun taas korkeammat vastusarvot lisäävät herkkyyttä.Piiri sisältää myös LM393 OP-AMP: n, joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi.Ajoneuvon 10k potentiometri mahdollistaa anturimoduulin herkkyyden säätämisen.Kaksi LEDiä tarjoaa visuaalisia indikaattoreita: yksi tehosta (osoittaa, että levy on virtalähde) ja toinen laukaisua varten (osoittaen, että asetettu kynnysarvo on saavutettu).Kondensaattorit vähentävät kohinaa ja varmistavat vakavat anturin lukemat.

Suosituimmat kaasuanturit

Puolijohde-kaasuanturien MQ-sarja, mukaan lukien mallit, kuten 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 ja MQ-309A, pidetään hyvin niiden luotettavuuden ja tarkkuuden suhteen erilaisissa sovelluksissa.Nämä anturit täyttävät laajan valikoiman ympäristö- ja teollisuusvaatimuksia.

Kuva 28: Erityyppisten kaasuanturin taulukko

MQ-2: Havaitsee palavat kaasut ja savu.

Kuumenna anturi 24 tuntia.Kalibroi kohdekaasun tunnetulla konsentraatiolla, kuten 1000 ppm metaania.Säädä kuormankestävyys lähtöjännitteen perusteella.

Tarkkaile vastustuskyvyn hidasta kasvua, kun sisälämmitin vakiintuu.Varmista, että anturi on lämmitetty kokonaan ennen lukemien ottamista epätarkkuuksien välttämiseksi.

MQ-3: Alkoholihöyryn havaitseminen, jota käytetään usein altimalasaattorissa.

Lämmitä anturi vähintään 48 tuntia ennen alkua.Kalibroi ilmassa 0,4 mg/l alkoholia.Säädä kuormitusvastus vastaamaan tiettyjä sovellustarpeita.

Seuraa herkkyyden ajautumista kalibroinnin aikana ja säädä väliajoja vakauden perusteella.Tallenna ympäristön lämpötila ja kosteus, koska ne vaikuttavat tarkkuuteen.

MQ-4: Metaani ja maakaasun havaitseminen.

Kuumenna 24 tuntia.Kalibroitu hallitussa ympäristössä 5000 ppm -metaanilla.Säädä kuormavastus vastaavasti.

Seuraa tarkasti vasteaikaa.Hidas vaste voi osoittaa ympäristön lämmittimen tai lämpötilan vakauden ongelmia.

MQ-5: LPG, maakaasu ja hiilen kaasun havaitseminen.

Samanlainen kuin MQ-4, mutta kalibroi useita kaasuja käyttämällä spesifisiä pitoisuuksia.

Pidä vakaa ympäristö kalibroinnin aikana.Lämpötilan vaihtelut voivat aiheuttaa merkittäviä vaihteluita lukemissa.

MQ-6: Havaitsee nestekaasun, butaanin, isobuenin ja propaanin.

Kuumenna ja kalibroitu kuten MQ-5: n kanssa.Varmista asianmukainen ilmanvaihto vaarallisten kaasupitoisuuksien välttämiseksi kalibroinnin aikana.

Kiinnitä huomiota anturin palautumisaikaan altistumisen jälkeen korkeille kaasupitoisuuksille.Pitkäaikainen altistuminen voi tyydyttää anturin, joka vaatii pidemmän palautumisajan.

MQ-7: Hiilimonoksidin havaitseminen.

Kuumenna 48 tuntia.Kalibroitu 100 ppm CO -ympäristössä.Säädä kuormitusvastus vastaamaan halutun herkkyyden.

Tarkkaile käyttäytymistä vaihtelevien lämpötilojen alla, koska CO -anturit ovat herkkiä lämpötilan muutoksille.Ota tarvittaessa käyttöön korvausalgoritmi.

MQ-8: Vetykaasun havaitseminen.

Kuumenna 24 tuntia.Kalibroitu 1000 ppm vety -ympäristössä.Säädä kuormankestävyys optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Varmista, että kalibrointiympäristö on vapaa muista kaasuista ja epäpuhtauksista, koska vetyanturit ovat erittäin herkkiä saastumiselle.

MQ-9: Havaitsee hiilimonoksidin ja palavat kaasut.

Kuumenna 48 tuntia.Kalibroi erikseen CO: n ja syttyvien kaasujen kohdalla tunnettujen pitoisuuksien avulla.Säädä kuormitusvastukset jokaista kaasun havaitsemista varten.

Varmista, että yhden kaasun kalibrointi ei häiritse herkkyyttä toiselle.Keskity kaksoiskaasun havaitsemiskykyyn.

MQ-131: Otsonin havaitseminen.

Kuumenna 24 tuntia.Kalibroitu 0,1 ppm otsoniympäristössä.Säädä kuormankestävyys vastaavasti.

Tarkista säännöllisesti anturin herkkyys ja kalibroitu uudelleen, koska otsonianturit voivat heikentyä ajan myötä altistumalla korkeille pitoisuuksille.

MQ-135: Ilmanlaadun anturi, joka havaitsee NH3, NOx, alkoholi, bentseeni, savu ja CO2.

Kuumenna 24 tuntia.Käytä erilaisia ​​ohjattuja kaasuympäristöjä kalibroidaksesi jokaiselle tietylle kaasulle.

Ylläpidä yksityiskohtaisia ​​tietueita kunkin kaasutyypin kalibrointiasetuksista.Säännöllinen uudelleenkalibrointi on hyvä ylläpitää tarkkuutta havaittavissa olevien kaasujen laajan valikoiman vuoksi.

MQ-136-MQ-309A: Jokainen anturi kohdistuu spesifisiin kaasuihin ja sillä on samanlainen kalibrointi kuin MQ-135: ksi.

Kuumenna 24 tunnin ajan ja käytä erilaisia ​​ohjattuja kaasuympäristöjä kalibroidaksesi jokaiselle tietylle kaasulle.

Ymmärrä kunkin anturin erityinen herkkyys ja ristikkäisyys.Säännöllinen ylläpito, kalibrointi ja ympäristöhallinta ovat avainasemassa optimaalisessa suorituskyvyssä.

Kaasianturin sovellukset

Teollisuusturvallisuus: Teollisuusympäristöissä kaasusanturit seuraavat myrkyllisiä kaasuja, kuten hiilimonoksidia, metaania ja rikkivetyä.Nämä anturit on asennettu alueille, jotka ovat alttiita vuotoille, kuten kemialliset laitokset, valmistusyksiköt ja varastotilat.Ne toimivat jatkuvasti lähettäen reaaliaikaisen datan keskushallintajärjestelmään.Kun kaasun tasot ylittävät asetetut kynnysarvot, järjestelmä laukaisee hälytykset ja automaattiset sammutukset vaarojen estämiseksi.Operaattorit kalibroivat rutiininomaisesti nämä anturit, suorittavat kenttätarkistukset ja nolla-epankalibroinnit tarkkuuden varmistamiseksi.

Kotitalousturva: Kotona kaasusanturit havaitsevat maakaasun tai propaanin vuodot, estäen räjähdykset tai myrkytykset.Nämä anturit ovat usein osa älykkäitä kotijärjestelmiä, varoittavat asunnonomistajia älypuhelimien kautta tai ottamalla yhteyttä hätäpalveluihin.Ne asennetaan yleensä keittiöihin, kellareihin tai kaasulaitteisiin.Asunnonomistajien tulisi testaa säännöllisesti nämä laitteet ja korvata paristot tarvittaessa niiden toiminnan pitämiseksi.

Öljy- ja kaasuteollisuus: Öljynporausautoissa kaasusanturit seuraavat haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) ja muita vaarallisia kaasuja.Nämä anturit on rakennettu kestämään ankarat offshore -olosuhteet, kuten äärimmäiset lämpötilat ja kosteus.Ne ovat osa suurempaa turvajärjestelmää, joka sisältää ilmanvaihdon hallinnan ja hätätilanteiden sammutusmekanismit.Päivittäiset tarkastukset varmistavat, että anturit eivät sisällä epäpuhtauksia ja toimivat oikein, ja paikan päällä säädöt on tehty kannettavien kalibrointilaitteiden avulla.

Vieraanvaraisuusala: hotelleissa kaasusanturit valvovat tupakoimattomia käytäntöjä havaitsemalla savukkeen savua ja laukaisemalla tuuletusjärjestelmiä tai hälytyksiä.Nämä anturit asennetaan hienovaraisesti vierashuoneisiin ja yleisiin tiloihin, ja ne auttavat hotellien hallintaa vastaamaan viipymättä rikkomuksia ja ylläpitämään savutonta ympäristöä.Säännöllinen huoltotarkastus puhtaat anturit ja tarkista niiden herkkyys savuhiukkasille.

Toimistoympäristöt: Toimistorakennuksissa kaasusanturit seuraavat sisäilman laatua, keskittyen epäpuhtauksiin, kuten hiilidioksidiin, VOC: iin ja hiukkasiin.LVI -järjestelmiin integroituna nämä anturit säätelevät ilmavirtausta terveen työtilan varmistamiseksi.Laitoksen johtajat analysoivat anturitiedot ilmanvaihdon optimoimiseksi vähentämällä energiakustannuksia ylläpitäen samalla ilmanlaatua.Suoritetaan säännöllinen kalibrointi ja ohjelmistopäivitykset anturin suorituskyvyn parantamiseksi.

Ilmastointijärjestelmät: Ilmastointilaitteiden kaasusanturit hallitsevat hiilidioksiditasoja, parantaen sisäilman sisätilojen laatua.Osa automatisoidusta järjestelmästä ne säätävät ilmanvaihtoasteita reaaliaikaisten hiilidioksidipitoisuuksien perusteella.Teknikot tarkistavat anturin toiminnallisuuden rutiininomaisen ylläpidon aikana tarkkojen lukemien ja optimaalisen ilmanlaadun varmistamiseksi.

Palontunnistusjärjestelmät: Palontunnistusjärjestelmien kaasusanturit tunnistavat savua ja myrkyllisiä kaasuja, kuten hiilimonoksidia varhain.Ne tarjoavat varoituksia, jotka mahdollistavat oikea -aikaisen evakuoinnin ja palontorjuntatoimenpiteet.Paloturvallisuushenkilöstö testaa nämä järjestelmät säännöllisesti simuloimalla savusuhteita anturin reagointikyky ja luotettavuuden varmistamiseksi.

Kaivostoiminnot: Kaivostoiminnassa kaasusanturit havaitsevat vaaralliset kaasut, kuten metaani ja hiilimonoksidi, työntekijöiden turvallisuuden vuoksi.Nämä anturit ovat osa verkotettua turvajärjestelmää, joka tarjoaa jatkuvaa valvontaa ja automaattisia ilmanvaihdon säätöjä.Kaivostyöläiset kuljettavat myös kannettavia kaasuilmaisimia lisäturvatoimenpiteenä.Säännöllinen anturien käyttö ja hätätilanne reagoivat toimenpiteet varmistavat valmiuden.

Hengitysanalysaattorit: Hengitysanalysaattoreiden kaasusanturit mittaavat veren alkoholipitoisuutta (BAC) havaitsemalla etanolin hengityksessä.Lainvalvontaviranomaiset ja ihmiset käyttävät seurantaa, nämä laitteet vaativat kalibrointia tunnetuilla etanolistandardeilla tarkkuuden ylläpitämiseksi.Käyttäjät seuraavat tiukkoja protokollia, kuten varmistaa, että laite on oikeassa lämpötilassa ja välttäen saastumista luotettavien tulosten turvaamiseksi.

Johtopäätös

Teknologian edetessä kaasusanturit ovat tulossa tehokkaammiksi ja laajemmiksi, mikä parantaa niiden suorituskykyä ja tekee niistä vaaditaan monilla alueilla, mukaan lukien teollisuusturvallisuus ja kotitalouksien turvallisuus.Kaasianturien ymmärtäminen ja niiden ylläpitäminen korostaa niiden teknistä merkitystä ja merkittävää panosta ihmishenkien suojelemiseen ja ympäristömme laadun parantamiseen.Olipa tehtaissa, kodeissa tai julkisissa tiloissa, kaasusanturit ovat avainasemassa turvallisemmalle, terveellisemmälle tulevaisuudelle.Teknologian edetessä kaasuanturit ovat muuttumassa edistyneempiä ja hyvin kehittyneempiä, parantaen niiden suorituskykyä ja tekevät niistä välttämättömiä monilla alueilla, mukaan lukien teollisuusturvallisuus ja kotitalousturva.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Mitkä ovat kaasusanturit?

Kaasianturi on laite, joka havaitsee kaasujen esiintymisen ja pitoisuuden ilmassa.Se muuntaa kaasun kemialliset tiedot elektroniseksi signaaliksi, joka voidaan mitata ja analysoida.

2. Mikä on kaasuanturin tarkoitus?

Kaasianturin päätarkoitus on seurata ja havaita kaasuvuotoja tai vaarallisten kaasujen läsnäoloa.Se auttaa varmistamaan turvallisuuden tarjoamalla varhaisvaroituksia vaarallisesta kaasutasosta, estämällä onnettomuuksia ja varmistamalla turvallisuusmääräysten noudattamisen.

3. Mitkä ovat kaasuanturin edut?

Kaasianturit ovat laitteita, jotka havaitsevat ja mittaavat kaasupitoisuuksia ilmassa varmistaen turvallisuuden tarjoamalla varhaisia ​​varoituksia vaarallisista kaasuista.Ne ovat tarkkoja, tarjoavat tarkkoja mittauksia ja parantavat turvallisuutta eri ympäristöissä varhaisen havaitsemisen kautta.Kaasianturit voidaan integroida automatisoituihin järjestelmiin jatkuvan seurantaa varten, vähentää manuaalisten tarkastusten tarvetta ja vähentää työvoimakustannuksia.Niiden monipuolisuus antaa heille mahdollisuuden havaita laaja valikoima kaasuja, mikä tekee niistä sopivia lukuisiin sovelluksiin, teollisuuslaitoksista ja ympäristön seurannasta asuinturvallisuus- ja lääketieteellisiin olosuhteisiin.Esimerkki on kodeissa oleva hiilimonoksidianturi, joka varoittaa matkustajia vaarallisesta CO -kaasun tasosta.

4. Missä kaasusantureita käytetään?

Kaasiantureita käytetään laajasti eri aloilla ja ympäristöissä, mukaan lukien kaasujen seuranta tuotantolaitoksissa, jalostamoissa ja kemiallisissa laitoksissa teollisuuden turvallisuuden varmistamiseksi.Ilmanlaadun mittaaminen ja pilaantumisen havaitseminen ympäristönsuojelua varten.Hiilimonoksidi- ja maakaasuvuotojen havaitseminen kodeissa asuinturvaturvallisuuden saavuttamiseksi.Hengityskaasujen seuranta terveydenhuollon ympäristössä.Ja ajoneuvojen kaasupäästöjen havaitseminen ympäristöstandardien noudattamisen varmistamiseksi.

5. Mikä on esimerkki kaasuanturista?

Yleinen esimerkki kaasuanturista on kodeissa käytetty hiilimonoksidianturi (CO).Tämä anturi havaitsee CO -kaasun, joka on väritön ja hajuton, mikä tarjoaa hälytyksen, kun vaarallisia tasoja on läsnä myrkytyksen estämiseksi.

6. Kuinka työskennellä kaasuanturilla?

Kaasianturi toimii altistumalla kohdekaasulle, joka on vuorovaikutuksessa anturin havaitsemismateriaalin kanssa aiheuttaen kemiallisen reaktion, joka muuttaa anturin ominaisuuksia.Tämä muutos muunnetaan elektroniseksi signaaliksi, joka sitten käsitellään ja mitataan luettavan lähtö, kuten numeerinen arvo tai hälytys.Esimerkiksi kodin hiilimonoksidianturi tarkkailee jatkuvasti ilmaa.Jos CO -kaasua havaitaan, se reagoi anturin kanssa, luomalla elektronisen signaalin, joka laukaisee hälytyksen, jos CO -tasot ovat liian korkeat, varoittaen sinua vaarasta.