Prinsip kerja alat analisis dan sensor kandungan oksigen.

Klasifikasi sensor gas

Standar nasional GB7665-87 mendefinisikan sensor sebagai: Sensor adalah perangkat atau alat yang mampu merasakan pengukuran yang ditentukan dan mengubahnya menjadi sinyal keluaran yang tersedia sesuai dengan aturan tertentu. Sensor gas digunakan untuk mendeteksi komposisi dan kandungan gas. Secara umum dianggap bahwa definisi sensor gas didasarkan pada klasifikasi target deteksi, yaitu, sensor apa pun yang digunakan untuk mendeteksi komposisi dan konsentrasi gas disebut sensor gas, baik dengan metode fisik maupun kimia. Misalnya, sensor aliran gas tidak dianggap sebagai sensor gas, tetapi penganalisis gas konduktivitas termal adalah sensor gas penting, meskipun terkadang menggunakan prinsip deteksi yang umumnya konsisten.

Sejak awal tahun 1970-an, sensor gas telah menjadi departemen besar dalam bidang sensor, yang termasuk dalam cabang sensor kimia.

Ada beberapa jenis sensor gas yang populer di pasaran:

1. Sensor gas semikonduktor

Sensor gas semikonduktor dibuat dengan menggunakan beberapa material semikonduktor oksida logam, yang konduktivitasnya berubah seiring perubahan komposisi gas di sekitarnya pada suhu tertentu. Misalnya, sensor alkohol dibuat dengan menggunakan prinsip bahwa ketika timah dioksida bertemu dengan gas alkohol pada suhu tinggi, resistansinya akan menurun tajam. Sensor gas semikonduktor dapat digunakan secara efektif di bidang-bidang berikut: metana, etana, propana, butana, alkohol, formaldehida, karbon monoksida, karbon dioksida, etilena, asetilena, vinil klorida, stirena, asam akrilik, dan gas lainnya. Secara khusus, sensor ini memiliki biaya rendah dan cocok untuk kebutuhan deteksi gas sipil. Jenis sensor gas semikonduktor berikut ini berhasil digunakan: metana (gas alam), alkohol, karbon monoksida (gas perkotaan), hidrogen sulfida, amonia (termasuk amina, hidrazin). Sensor berkualitas tinggi dapat memenuhi kebutuhan deteksi industri.

Kelemahan: Stabilitasnya buruk, dan dipengaruhi oleh lingkungan. Secara khusus, selektivitas setiap sensor tidak unik dan parameter output tidak dapat ditentukan. Oleh karena itu, tidak cocok digunakan di tempat-tempat yang membutuhkan akurasi pengukuran. Saat ini, pemasok utama sensor jenis ini adalah Jepang (penemu), diikuti oleh Tiongkok, yang baru-baru ini bergabung dengan Korea Selatan, negara-negara lain seperti Amerika Serikat juga memiliki banyak pekerjaan di bidang ini, tetapi belum pernah menjadi arus utama! Tiongkok telah menginvestasikan tenaga kerja dan waktu sebanyak Jepang di bidang ini, tetapi karena arahan kebijakan nasional dan penghambatan informasi sosial serta alasan lain selama bertahun-tahun, kualitas kinerja sensor gas semikonduktor yang populer di Tiongkok jauh lebih rendah daripada produk Jepang. Saya percaya bahwa dengan kemajuan pasar dan peningkatan lebih lanjut modal swasta, sudah saatnya sensor gas semikonduktor buatan Tiongkok mencapai dan melampaui level Jepang!

2. Sensor gas tipe pembakaran katalitik

Sensor ini dirancang untuk menyiapkan lapisan katalis tahan suhu tinggi pada permukaan resistansi platinum, dan pada suhu tertentu, gas yang mudah terbakar mengkatalisis pembakaran pada permukaan resistansi platinum. Pembakaran tersebut menyebabkan kenaikan suhu resistansi platinum dan perubahan resistansi, di mana nilai perubahan tersebut merupakan fungsi dari konsentrasi gas yang mudah terbakar.

Sensor gas pembakaran katalitik secara selektif mendeteksi gas yang mudah terbakar: Setiap gas yang dapat terbakar dapat dideteksi; sensor tidak merespons gas yang tidak dapat terbakar. Tentu saja, ada banyak pengecualian terhadap frasa "dapat mendeteksi setiap gas yang dapat terbakar", tetapi secara keseluruhan, selektivitasnya tepat. Sensor gas pembakaran katalitik memiliki keunggulan pengukuran yang akurat, respons cepat, dan masa pakai yang lama. Keluaran sensor berhubungan langsung dengan risiko ledakan lingkungan, dan merupakan jenis sensor dominan di bidang deteksi keselamatan.

Kelemahan: Dalam rentang gas yang mudah terbakar, tidak ada selektivitas. Api sedang bekerja, dan ada bahaya kebakaran. Sebagian besar uap organik unsur beracun bagi sensor. Pemasok utama sensor ini berada di Tiongkok, Jepang, dan Inggris (negara penemu)! Tiongkok adalah pengguna terbesar (tambang batubara) sensor ini, dan juga memiliki teknologi produksi sensor terbaik, meskipun ada berbagai pihak yang melakukan propaganda untuk mempengaruhi pemahaman publik tentang sensor ini, tetapi pada akhirnya, sensor gas pembakaran katalitik adalah produsen utama di dalam negeri.

3. Sensor gas tipe kolam renang penghantar panas

Setiap gas memiliki konduktivitas termal spesifiknya masing-masing, dan ketika konduktivitas termal dua gas atau lebih sangat berbeda, kandungan salah satu komponen dapat dibedakan berdasarkan elemen konduktivitas termalnya. Sensor ini telah digunakan untuk deteksi hidrogen, deteksi karbon dioksida, dan deteksi metana konsentrasi tinggi.

Sensor gas memiliki jangkauan aplikasi yang sempit dan banyak faktor pembatas. Ini adalah produk kuno dan diproduksi di seluruh dunia. Kualitas produk di seluruh dunia pun serupa.

4. Sensor gas elektrokimia

Sebagian besar gas yang mudah terbakar, beracun, dan berbahaya memiliki aktivitas elektrokimia dan dapat dioksidasi atau direduksi secara elektrokimia. Dengan menggunakan reaksi-reaksi ini, komposisi gas dapat dibedakan dan konsentrasi gas dapat dideteksi. Sensor gas elektrokimia memiliki banyak subkelas:

(1) Sensor gas berbasis baterai primer (juga dikenal sebagai baterai yang kita gunakan untuk baterai kering, kecuali elektroda karbon dan mangan baterai diganti dengan elektroda gas. Dalam kasus sensor oksigen, oksigen direduksi di katoda, elektron mengalir melalui galvanometer ke anoda, di mana logam timbal dioksidasi. Besarnya arus berhubungan langsung dengan konsentrasi oksigen. Sensor ini dapat secara efektif mendeteksi oksigen, sulfur dioksida, klorin, dll.

(2) Sensor gas sel elektrolitik potensial konstan, yang sangat efektif untuk mendeteksi gas pereduksi, prinsipnya berbeda dari sensor sel asli, reaksi elektrokimianya terjadi di bawah gaya arus, merupakan sensor analisis Coulomb sejati. Sensor ini telah berhasil digunakan untuk: Deteksi karbon monoksida, hidrogen sulfida, hidrogen, amonia, hidrazin dan gas lainnya merupakan sensor utama untuk deteksi gas beracun dan berbahaya.

(3) Sensor gas tipe sel konsentrasi, gas dengan aktivitas elektrokimia di kedua sisi sel elektrokimia, akan secara spontan membentuk gaya gerak listrik konsentrasi, besarnya gaya gerak listrik berhubungan dengan konsentrasi gas, contoh keberhasilan sensor ini adalah sensor oksigen untuk mobil, sensor karbon dioksida tipe elektrolit padat.

(4) Invensi ini berkaitan dengan sensor gas tipe arus batas, yaitu sensor untuk mengukur konsentrasi oksigen, dan menggunakan prinsip bahwa arus batas dalam sel elektrokimia berhubungan dengan konsentrasi pembawa untuk menyiapkan sensor konsentrasi oksigen (gas), yang digunakan untuk deteksi oksigen pada kendaraan dan deteksi konsentrasi oksigen pada air baja. Pemasok utama sensor ini sekarang tersebar di seluruh dunia, terutama di Jerman, Jepang, Amerika Serikat, dan baru-baru ini bergabung beberapa pemasok Eropa baru: Inggris, Swiss, dll. Cina telah memulai lebih awal di bidang ini, tetapi proses industrialisasinya belum efektif.

5. Sensor gas inframerah

Sebagian besar gas memiliki puncak serapan karakteristik di wilayah inframerah tengah, dan konsentrasi gas dapat ditentukan dengan mendeteksi serapan pada posisi puncak serapan karakteristik tersebut. Sensor ini dulunya merupakan instrumen analitik yang besar, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan industri sensor berbasis teknologi MEMS, volume sensor ini telah berkurang dari 10 liter (45 kg Big Mac) menjadi sekitar 2 ml (seukuran ibu jari). Penggunaan detektor inframerah tanpa sumber cahaya termodulasi membuat instrumen ini sepenuhnya bebas dari bagian mekanis yang bergerak dan perawatan. Sensor gas inframerah dapat membedakan jenis gas secara efektif dan mengukur konsentrasi gas secara akurat.

Sensor ini berhasil digunakan untuk: deteksi karbon dioksida dan metana. Pemasok "sensor" ini saat ini berada di Eropa! China sekarang 'hampir kosong' di bidang ini!

6. Sensor oksigen magnetik

Inilah inti dari Penganalisis Oksigen magnetik, tetapi alat ini juga telah mencapai proses "sensor".

Produk ini dibuat berdasarkan prinsip bahwa oksigen di udara dapat tertarik oleh medan magnet yang kuat.

Sensor ini hanya dapat digunakan untuk mendeteksi oksigen dan memiliki selektivitas yang sangat baik. Hanya NOx di atmosfer yang dapat menghasilkan dampak kecil, tetapi karena kandungan gas pengganggu ini seringkali sangat kecil, selektivitas teknologi analisis oksigen magnetik hampir unik! Produk industri yang mapan, dengan produsen di seluruh dunia. (Tentu saja, yang saya bicarakan adalah penganalisis oksigen sebagai alat ukur tunggal, yang dapat dilihat sebagai sensor dalam rentang tertentu.) Dan produk ini, yang diproduksi dalam bentuk sensor murni, adalah hal yang baru.

7. Lainnya

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan terus munculnya teknologi baru, teknologi sensor gas juga mengalami revolusi yang sesuai. Variasi sensor gas juga semakin beragam. Namun, apakah beberapa sensor harus dikategorikan sebagai sensor gas masih cukup kontroversial, misalnya: detektor PID, meskipun juga digunakan untuk deteksi gas, meskipun ukurannya sangat kecil, tetapi karena tidak benar-benar bebas perawatan, maka peralatan semacam ini, sekecil apa pun ukurannya, harus dikategorikan sebagai "instrumen deteksi".

Selain itu, sensor optik berbasis serat optik berkembang pesat, dan meskipun tidak menimbulkan "ancaman" mutlak bagi sensor elektronik, keunggulan uniknya suatu hari nanti mungkin akan sangat signifikan. Terakhir, untuk tujuan komersial mereka sendiri, para pelaku bisnis yang terlibat dalam penjualan sensor gas terkadang melebih-lebihkan kemampuan sensor tertentu dan membingungkan klasifikasi sensor, yang tidak kondusif untuk penerapan sensor gas yang benar oleh pengguna. Padahal, penerapan sensor sama pentingnya dengan pembuatan sensor itu sendiri.