سنسورهای استفاده شده در دتکتور گاز | انواع، شرح‌کار، مزایا و معایب

سنسورهای استفاده شده در دتکتور گاز انواع مختلفی دارد که بایستی برحسب نوع گاز و محیط نصب دتکتور انتخاب شوند.

• PID sensor (سنسور PID)
• Pellistor sensor (سنسور پلی استر یا کاتالیتی)
• Electrochemical sensor (سنسور الکتروشیمیایی)
• Infrared sensor (سنسور مادون قرمز)
• Semiconductor sensor (سنسور نیمه هادی)

PID sensor (سنسورPID):

بعضی مواقع مصرف کننده یا مشتری، برای تشخیص و اندازه‌گیری بعضی از  گازهای سمی نیاز به استفاده از دتکتور با سنسور جرمی است یا دتکتور فتويونيزه دارد.

دتكتور فتویونیزه بر مبناى يونيزاسيون نورى عمل مى‌كند. ابزار اندازه گیری غلظت در محیط جهت این ترکیبات شیمیایی سمی استفاده از دتکتور با سنسور فتویونیزه (جرمی) می‌باشد. هنگامى كه يك اتم يا مولكول فوتونى انرژى كافى را جذب كند با از دست دادن یک الکترون به يك يون مثبت تبديل مى‌شود. يونهاى تشكيل شده در سنسور موجود در دتکتور جذب ماده جمع آورى كننده يونها شده و جريان الكتريكى متناسب با غلظت آن اتم يا مولكول توليد مى‌شود. اين جريان توسط سیستم الکترونیکی برحسب غلظت ppm درجه بندی شده و به اتاق کنترل ارسال می شود.

همچنین تركيبات داراى پتانسيل يون كمتر يا معادل پتانسيل يون لامپ PID که در اصل یک لامپ UV است توسط سنسور گاز قابل اندازه‌گيرى هستند.

کاربرد PID سنسور ها :

• سیالهای وینیل کلراید مونومر VCM
• اتیلن دی کلراید EDC
• بنزن

رایج ترین PID سنسورها از لامپهای UV دوتریم،کریپتون و آرگون بهره می برند .

• لامپ دوتريم که بیشتر در دتكتور فتويونيزان کاربرد دارند (پتانسيل يونيزاسيون ۱۰/۲ الكترون ولت).
• لامپ کریپتون (۱۰/۶ الکترون ولت).
• لامپ آرگون (۱۱/۸ الکترون ولت).

Pellistor sensor (سنسور پلی استر یا کاتالیتی):

سنسور پلی استر یا کاتالیتی از دهه 60 به عنوان فن آوری اصلی در تشخیص گازهای قابل اشتعال شناخته شده‌اند.

پلی استر  بر اساس مدار پل وتستون Wheatstone ساخته شده است و شامل دو قطعه است که هر دو قطعه هسته پلاتین را در بر می‌گیرند.

یکی از قطعه ها(قطعه فعال) به همراه یک کاتالیزور قرار می گیرد ، که باعث کاهش دمای احتراق گاز اطراف آن می‌شود.

این قطعه از احتراق داغ می شود و در نتیجه اختلاف دمایی بین این قطعه فعال و دومین قطعه که بنام قطعه “مرجع” ایجاد می‌شود.

این اختلاف دمایی در مقاومت پل وتستون اندازه گیری می‌شود.

مقدار گاز موجود در محیط با مقدار اندازه گیری شده در پل وتستون متناسب است.

بنابراین غلظت گاز به عنوان درصدی از حد انفجاری پایین آن (LEL%) را می توان به طور دقیق تعیین کرد.

Infrared sensor (سنسور مادون قرمز):

سنسور گازی با فناوری مادون قرمز بوسیله تولید امواج مادون قرمز و انتشار آن داخل محفظه‌ای جهت تشخیص و اندازه‌گیری گاز مورد نظر بکار میرود. 

امواج مادون قرمز در محفظه سنسور بنام سلول گازی در حال تابش است و زمانی که گاز مورد نظر وارد محفظه گازی شد تحت تابش امواج مادون قرمز قرار می‌گیرد. امواج تولید شده مادون قرمز با طول موج معیین با برخورد به گاز مورد نظر،جلوی تابش امواج مادون قرمز را می گیرد ومانع رسیدن امواج به قمست آشکارساز سنسور می‌شود. هراندازه غلظت گاز کمتر باشد امواج مادون قرمز رسیده به آشکار ساز زیاد است و هراندازه غلظت گاز بیشتر باشد امواج مادون قرمز رسیده به آشکار ساز پایین می‌باشد.

مطلب کاربردی: مقایسه دتکتور گاز دارای سنسور اینفراردی با سنسور پلیستر ( کاتالیزوری)

Electrochemical sensor (سنسور الکتروشیمیایی):

سنسور الکتروشیمیایی ابزارهای تحلیلی سریع،دقیق،حساس و با کاربرد آسان را برای تجزیه و تحلیل گازهای محیطی هستند.

این سنسورها برای شناسایی و نظارت بر آلاینده ها در نمونه های محیطی ایده آل هستند زیرا برای تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی به مقدار و حجم بسیار کمی از نمونه (گاز) نیاز دارند. سنسور الکتروشیمیایی استفاده شده در دتکتور گاز، نوعی حسگر است که غلظت (یا فشار جزئی) گازها را از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. 

این سیگنال الکتریکی نیز در انواع مختلفی تولید میشود که عبارت است از: نوع پتانسیل، نوع جریان و نوع خازنی.

مزایا : سرعت اندازه گیری گازها، عملیات ساده و کم هزینه.
معایب : عمر سنسور کوتاه است و دقت سنسور براحتی از بین میرود (دقت اندازه گیری به راحتی توسط گازهای دیگر مختل می شود).

Semiconductor sensor (سنسور نیمه هادی)

سنسور گاز نیمه هادی با استفاده از واکنش اکسیداسیون یا کاهش گاز روی سطح نیمه هادی برای تغییر مقدار مقاومت عنصر حساس ساخته می شود. هنگامی که دستگاه نیمه هادی به حالت پایدار گرم می شود و در هنگام تماس گاز با سطح نیمه هادی جذب میشود، مولکول های جذب شده ابتدا آزادانه در سطح جسم پخش می شوند و انرژی حرکتی خود را از دست می دهند. برخی از مولکول ها تبخیر می شوند و بخشی دیگر از مولکول های باقی مانده به صورت حرارتی تجزیه شده و روی جسم جذب می شوند. هنگامی که سطح نیمه هادی کمتر از میل ترکیبی مولکول های جذب شده باشد، مولکول های جذب شده الکترون ها را از دستگاه میگیرند و به یون های منفی جذب می شوند و سطح نیمه هادی یک لایه بار ایجاد می کند. اگر عملکرد نیمه هادی بیشتر از انرژی تفکیک مولکول های جذب شده باشد، مولکول های جذب شده الکترون ها را به دستگاه آزاد می کنند و جذب یون مثبت را تشکیل می دهند. سنسور تشخیص گاز با استفاده از تکتولوژی نیمه هادی ها اغلب از ترانزیستورهای اثر میدانی(MOS) ساخته میشوند.

مزایا سنسور های نیمه هادی: پاسخ سریع، مقاومت محیطی قوی، ساختار پایدار
معایب : به راحتی تحت تأثیر دما و رطوبت قرار می گیرد

پرکاربردترین سنسورهای نیمه هادی از نوع اکسید فلزی هستند.

 اساس کار سنسور گاز نیمه هادی اکسید فلزی: 

تحت شرایط خاص (دمایی)، پس از تماس گاز در هوا با مواد نیمه هادی ترکیب شیمیایی ایجاد میشود که این ترکیبات با واکنش اکسیداسیون حسگر رابطه مستقیمی دارند، بدین صورت فرآیند تشخیص گاز انجام می شود. افزایش گاز هدف باعث تغییر مقاومت نیمه هادی می شود و با اندازه گیری تغییر مقاومت نیمه هادی می توان به مقدار غلظت گاز پی برد.

بیشتر بخوانید: دتکتور گاز شهری