Classificazione dei sensori di gas

Lo standard nazionale GB7665-87 definisce i sensori come segue: Il sensore è un dispositivo in grado di rilevare una misura prescritta e convertirla in un segnale di uscita disponibile secondo una determinata regola. Il sensore di gas viene utilizzato per rilevare la composizione e il contenuto del gas. Si ritiene generalmente che la definizione di sensore di gas si basi sulla classificazione dell'obiettivo di rilevamento, ovvero qualsiasi sensore utilizzato per rilevare la composizione e la concentrazione del gas è chiamato sensore di gas, sia con metodi fisici che chimici. Ad esempio, il sensore per il rilevamento della portata del gas non è considerato un sensore di gas, ma l'analizzatore di gas a conducibilità termica è un importante sensore di gas.

Sebbene a volte utilizzino principi di rilevamento generalmente coerenti, già a partire dagli anni '70, i sensori di gas sono diventati un importante settore nel campo dei sensori, appartenendo a una branca dei sensori chimici. Esistono alcuni tipi di sensori di gas molto diffusi sul mercato:

Sensore di gas a semiconduttore

È realizzato utilizzando un materiale semiconduttore a base di ossido metallico; la conduttività varia al variare della composizione del gas ambientale a una certa temperatura. Ad esempio, il sensore di alcol è realizzato sfruttando il principio secondo cui quando il biossido di stagno incontra l'alcol ad alta temperatura, la resistenza diminuisce drasticamente.

Il sensore di gas a semiconduttore può essere utilizzato efficacemente nei seguenti campi: metano, etano, propano, butano, alcol, formaldeide, monossido di carbonio, anidride carbonica, etilene, acetilene, cloruro di vinile, stirene, acido acrilico e altri gas. In particolare, il sensore ha un costo contenuto ed è adatto alle esigenze di rilevamento di gas in ambito civile.

I seguenti tipi di sensori di gas a semiconduttore sono efficaci: metano (gas naturale), alcol, monossido di carbonio (gas urbano), acido solfidrico, ammoniaca (incluse ammine, idrazina). Sensori di alta qualità possono soddisfare le esigenze di rilevamento industriale.

Svantaggi: la stabilità è scarsa ed è influenzata dall'ambiente. In particolare, la selettività di ciascun sensore non è univoca e i parametri di uscita non possono essere determinati. Pertanto, non è adatto all'uso in luoghi in cui è richiesta la precisione di misurazione. Attualmente, il principale fornitore di questo tipo di sensore è il Giappone (inventore), seguito dalla Cina, a cui si è recentemente aggiunta la Corea del Sud; anche altri paesi come gli Stati Uniti stanno lavorando considerevolmente in questo settore, ma non è mai stato introdotto nel mercato! La Cina ha investito in questo campo la stessa quantità di manodopera e tempo del Giappone, ma a causa delle linee guida politiche nazionali, del blocco delle informazioni sociali e di altri motivi per molti anni, la qualità delle prestazioni dei sensori di gas a semiconduttore popolari in Cina è di gran lunga inferiore a quella dei prodotti giapponesi. Credo che con il progresso del mercato e l'ulteriore crescita del capitale privato, sia giunto il momento che i sensori di gas a semiconduttore prodotti in Cina raggiungano e superino il livello giapponese!

Sensore di gas di tipo a combustione catalitica

Il sensore serve a preparare uno strato di catalizzatore resistente alle alte temperature sulla superficie della resistenza al platino e, a una certa temperatura, il gas combustibile catalizza la combustione sulla superficie della resistenza al platino. La combustione è l'aumento di temperatura della resistenza al platino e la variazione di resistenza, il cui valore è funzione della concentrazione di gas combustibile. I sensori di gas di combustione catalitici rilevano selettivamente i gas combustibili: qualsiasi gas combustibile può essere rilevato; il sensore non reagisce a tutto ciò che non può bruciare. Esistono, naturalmente, molte eccezioni alla frase "può rilevare tutto ciò che può bruciare", ma, nel complesso, la selettività è corretta. Il sensore di gas di combustione catalitico offre i vantaggi di una misurazione accurata, una risposta rapida e una lunga durata. L'uscita del sensore è direttamente correlata al rischio di esplosione dell'ambiente ed è un tipo di sensore dominante nel campo del rilevamento di sicurezza.

Svantaggio: nell'intervallo dei gas combustibili, non c'è selettività. Il fuoco è acceso e c'è il rischio di incendio. La maggior parte dei vapori organici elementari è tossica per il sensore.

I principali fornitori di sensori si trovano in Cina, Giappone e Regno Unito (Paese inventore)! La Cina è il maggiore utilizzatore (miniera di carbone) di questo sensore e possiede anche la migliore tecnologia di produzione di sensori. Sebbene esistano diversi agenti propagandistici che interferiscono con la comprensione pubblica di questo sensore, dopotutto, i sensori per gas di combustione catalitici sono i principali produttori nazionali.

Sensore di gas di tipo cella conduttrice di calore

Ogni gas ha una sua specifica conduttività termica e, quando la conduttività termica di due o più gas è molto diversa, il contenuto di uno dei componenti può essere distinto dall'elemento di conduttività termica. Il sensore è stato utilizzato per il rilevamento di idrogeno, anidride carbonica e metano ad alta concentrazione.

Il sensore di gas ha un campo di applicazione ristretto e molti fattori limitanti.

È un prodotto tradizionale, prodotto in tutto il mondo. La qualità dei prodotti in tutto il mondo è simile.

Sensore di gas elettrochimico

Una parte considerevole dei gas combustibili, tossici e nocivi ha attività elettrochimica e può essere ossidata o ridotta elettrochimicamente.

Utilizzando queste reazioni, è possibile distinguere la composizione del gas e rilevarne la concentrazione. I sensori elettrochimici di gas si dividono in diverse sottoclassi:

1. Sensori di gas a batteria primaria (noti anche come batterie che utilizziamo per le batterie a secco, con la differenza che gli elettrodi di carbonio e manganese delle batterie sono sostituiti dagli elettrodi di gas). Nel caso di un sensore di ossigeno, l'ossigeno viene ridotto al catodo, gli elettroni fluiscono attraverso il galvanometro verso l'anodo, dove il piombo metallico viene ossidato. L'entità della corrente è direttamente correlata alla concentrazione di ossigeno. Il sensore può rilevare efficacemente ossigeno, anidride solforosa, cloro, ecc.

2. Sensore di gas a cella elettrolitica a potenziale costante, molto efficace per la rilevazione di gas riducenti. Il suo principio è diverso dal sensore a cella originale, la sua reazione elettrochimica avviene sotto la forza della corrente, è un vero sensore di analisi di Coulomb. Questo sensore è stato utilizzato con successo per: Il rilevamento di monossido di carbonio, acido solfidrico, idrogeno, ammoniaca, idrazina e altri gas è il sensore principale per la rilevazione di gas tossici e nocivi.

3. Il sensore di gas di tipo cella di concentrazione, il gas con attività elettrochimica sui due lati della cella elettrochimica, formerà spontaneamente una forza elettromotrice di concentrazione, la cui entità è correlata alla concentrazione del gas, l'esempio di successo di questo sensore è il sensore di ossigeno per automobili, sensore di anidride carbonica di tipo elettrolita solido.

4. L'invenzione riguarda un sensore di gas di tipo a corrente limite, che è un sensore per misurare la concentrazione di ossigeno e utilizza il principio secondo cui la corrente limite nella cella elettrochimica è correlata alla concentrazione del vettore per preparare il sensore di concentrazione di ossigeno (gas), che viene utilizzato per il rilevamento dell'ossigeno di un veicolo e il rilevamento della concentrazione di ossigeno dell'acqua in acciaio.

I principali fornitori di questo sensore si trovano ormai in tutto il mondo, principalmente in Germania, Giappone e Stati Uniti, a cui si sono recentemente aggiunti diversi nuovi fornitori europei: Gran Bretagna, Svizzera, ecc. La Cina ha iniziato presto in questo campo, ma il processo di industrializzazione è stato inefficace.

Sensore di gas a infrarossi

La maggior parte dei gas presenta picchi di assorbimento caratteristici nella regione dell'infrarosso medio e la concentrazione di un gas può essere determinata rilevando l'assorbimento della posizione dei picchi di assorbimento caratteristici.

Questo sensore era in passato un grande strumento analitico, ma negli ultimi anni, con lo sviluppo dell'industria dei sensori basata sulla tecnologia MEMS, il suo volume è stato ridotto da 10 litri, 45 kg di Big Mac, a circa 2 ml (dimensioni di un pollice). L'utilizzo di un rilevatore a infrarossi senza sorgente luminosa modulante rende lo strumento completamente privo di parti meccaniche in movimento e non richiede manutenzione.

Il sensore di gas a infrarossi è in grado di distinguere efficacemente i tipi di gas e di misurarne con precisione la concentrazione.

Questo sensore è stato utilizzato con successo per: Rilevamento di anidride carbonica e metano.

L'attuale fornitore di questo "sensore" è in Europa! La Cina è ormai un "vuoto a metà" in questo campo!

Sensore di ossigeno magnetico

Questo è il cuore dell'analizzatore di ossigeno magnetico, ma ha anche raggiunto il processo "sensore".

Si basa sul principio secondo cui l'ossigeno presente nell'aria può essere attratto da un forte campo magnetico.

Il sensore può essere utilizzato solo per la rilevazione dell'ossigeno e ha un'eccellente selettività. Solo gli NOx nell'atmosfera possono produrre un impatto minimo, ma poiché il contenuto di questi gas interferenti è spesso molto basso, la selettività della tecnologia di analisi magnetica dell'ossigeno è pressoché unica!

Prodotti industriali affermati, con produttori in tutto il mondo. (Parlo, ovviamente, di un analizzatore di ossigeno come singolo misuratore, che può essere visto come un sensore entro un certo intervallo.) E questo prodotto, realizzato sotto forma di sensori puri, è una cosa recente.)

Altri

Negli ultimi anni, con la continua evoluzione di nuove tecnologie, anche la tecnologia dei sensori di gas ha subito una corrispondente rivoluzione. Anche la varietà di sensori di gas sta aggiungendo nuovi livelli. Tuttavia, se alcuni sensori debbano essere classificati come sensori di gas è piuttosto controverso, ad esempio: il rilevatore PID, sebbene sia utilizzato anche per il rilevamento di gas, sebbene le sue dimensioni siano ridotte, ma poiché non può essere realmente esente da manutenzione, questo tipo di apparecchiatura, indipendentemente dalle sue dimensioni, dovrebbe essere classificato come "strumento di rilevamento". Inoltre, i sensori ottici basati su fibre ottiche si stanno sviluppando rapidamente e, sebbene non rappresentino una "minaccia" assoluta per i sensori elettronici, i loro vantaggi unici potrebbero un giorno rivelarsi eccezionali. Infine, per i propri scopi commerciali, gli imprenditori impegnati nella vendita di sensori di gas a volte esagerano le capacità di un sensore specifico e confondono la classificazione dei sensori, il che non favorisce la corretta applicazione dei sensori di gas da parte degli utenti. In effetti, l'applicazione dei sensori è un argomento tanto importante quanto la loro produzione.