Podrobno razložite princip zaznavanja plinskih detektorjev
Detektor plina je instrument, posebej zasnovan za zaznavanje varne koncentracije plinov. Njegov princip delovanja v glavnem vključuje pretvorbo fizikalnih ali kemičnih neelektričnih signalov, ki jih zbirajo plinski senzorji, v električne signale ter nato popravljanje in filtriranje zgornjih električnih signalov skozi zunanja vezja. Obdelane signale nato krmilijo ustrezni moduli, da se doseže zaznavanje plina. Vendar pa je jedro detektorja plina vgrajena senzorska komponenta, ki razlikuje principe tehnologije zaznavanja na podlagi različnih zaznanih plinov. Njegova načela so v glavnem razdeljena v naslednjih šest kategorij:
1) Načelo katalitičnega zgorevanja:
Katalitski zgorevalni senzor uporablja princip toplotnega učinka katalitičnega zgorevanja, sestavljen iz merilnega mostu, ki ga tvorijo pari zaznavnih elementov in kompenzacijskih elementov. V določenih temperaturnih pogojih gorljivi plin brez plamena gori na površini nosilca detekcijskega elementa in pod delovanjem katalizatorja. Temperatura nosilca se poveča in temu primerno se poveča tudi upor platinaste žice v njem, kar povzroči, da most za ravnotežje izgubi ravnotežje in oddaja električni signal, ki je sorazmeren s koncentracijo vnetljivega plina. Z merjenjem velikosti spremembe upora platinaste žice, se lahko določi koncentracija gorljivih plinov.
Uporablja se predvsem za odkrivanje vnetljivih plinov z dobro linearnostjo izhodnega signala, zanesljivim indeksom, dostopno ceno in brez navzkrižne okužbe z drugimi negorljivimi plini.
2) Infrardeči princip:
Infrardeči senzor neprekinjeno prenaša plin, ki ga je treba izmeriti, skozi posodo določene dolžine in prostornine ter oddaja žarek infrardeče svetlobe z ene od dveh prozornih čelnih strani posode. Ko valovna dolžina infrardečega senzorja sovpada z absorpcijskim spektrom izmerjenega plina, se infrardeča energija absorbira, slabljenje infrardeče svetlobe, ki prehaja skozi izmerjeni plin, pa ustreza zakonu Lamberta Beera. Večja kot je koncentracija plina, večja je slabitev svetlobe. Na tej točki je absorpcija infrardeče svetlobe neposredno sorazmerna s koncentracijo absorbirajočega materiala, zato lahko koncentracijo plina izmerimo z merjenjem oslabitve infrardeče svetlobe s plinom.
Dolga življenjska doba (3 do 5 let življenjske dobe), visoka občutljivost, dobra stabilnost in nestrupenost, manj motenj iz okolja in ni odvisnosti od kisika. Infrardeči plinski senzorji imajo visoko občutljivost za spremljanje in lahko natančno ločijo celo sledove PPB ali nizke koncentracije plinov stopnje PPM. Merilno območje je široko in na splošno lahko analizira visoko koncentracijo plina 100 % VOL., kot tudi analizira analizo nizke koncentracije na ravni 1 ppb.
3) Elektrokemična načela:
Elektrokemični senzorji so običajno sestavljeni iz treh delov: elektrod, elektrolitov in polprevodniških elektrod, ki so glavne komponente senzorja. Narejeni so iz kovine ali polprevodniških materialov in lahko kemično reagirajo z molekulami plina. Elektrolit je prevodna tekočina, ki lahko poveže elektrode s polprevodniki v popolno vezje. Polprevodnik je poseben material, ki lahko pretvori tokovni signal med elektrodo in elektrolitom v digitalni signal in s tem doseže zaznavanje koncentracije plina.
Princip delovanja elektrokemičnih plinskih senzorjev temelji na redoks reakcijah. Ko pridejo molekule plina v stik s površino elektrode, se podvržejo oksidacijsko-redukcijski reakciji, ki ustvari tokovni signal. Ta tokovni signal se lahko prenese na polprevodnik skozi elektrolit in nato pretvori v digitalni signal. Velikost digitalnega signala je premo sorazmerna s koncentracijo plina, zato lahko koncentracijo plina določimo z merjenjem velikosti digitalnega signala.
Uporablja se predvsem za odkrivanje strupenih plinov z visoko občutljivostjo, hitro odzivnostjo, dobro zanesljivostjo in dolgo življenjsko dobo. Zazna lahko različne pline, kot so ogljikov monoksid, ogljikov dioksid, kisik, dušik itd. Ima široko uporabo v industriji, zdravstvu, varstvu okolja in na drugih področjih.
4) Načelo fotoionizacije PID:
Načelo PID je, da se organski plini ionizirajo pod vzbujanjem vira UV svetlobe. PID uporablja UV (ultravijolično) svetilko, organska snov pa ionizira pod vzbujanjem UV žarnice. Ionizirani "fragmenti" nosijo pozitivne in negativne naboje, kar povzroči električni tok med obema elektrodama. Detektor ojača tok in prikaže koncentracijo HOS plina prek instrumentov in opreme.
Uporablja se predvsem za spremljanje rafinerijske industrije, ravnanje v sili pri uhajanju nevarnih kemikalij, določanje nevarnih območij za uhajanje, varnostno spremljanje postaj za rezervoarje za olje in spremljanje učinkovitosti čiščenja izpusta organskih snovi.
5) Načelo toplotne prevodnosti:
Analiza koncentracije izmerjenega plina se v glavnem doseže z merjenjem spremembe toplotne prevodnosti mešanega plina. Običajno se razlika v toplotni prevodnosti plinskega senzorja pretvori v spremembo upora skozi vezje. Tradicionalna metoda odkrivanja je pošiljanje plina za testiranje v plinsko komoro, kjer je središče plinske komore termoobčutljiv element, kot je termoobčutljiv upor, platinasta žica ali volframova žica. Pri segrevanju na določeno temperaturo se sprememba toplotne prevodnosti mešanega plina pretvori v spremembo upora termoobčutljivega elementa. Spremembo vrednosti upora je relativno enostavno natančno izmeriti.
6) Načela polprevodnikov:
Polprevodniški senzorji za plin so izdelani z uporabo oksidacijsko-redukcijske reakcije plina na površini polprevodnikov, da povzročijo spremembe vrednosti upora občutljivih komponent. Ko se polprevodniška naprava segreje do stabilnega stanja in se adsorbira ob stiku plina s površino polprevodnika, adsorbirane molekule najprej prosto difundirajo na površino predmeta in izgubijo svojo kinetično energijo. Nekatere molekule izhlapijo, medtem ko se preostale molekule termično razgradijo in adsorbirajo na površini predmeta. Ko je delovna funkcija polprevodnika manjša od afinitete adsorbirane molekule, bo adsorbirana molekula odvzela elektrone iz naprave in postala negativna ionska adsorpcija, ki predstavlja plast naboja na površini polprevodnika.
