Classificatie van gassensoren
De nationale norm GB7665-87 definieert sensoren als volgt: Een sensor is een apparaat of instrument dat in staat is een voorgeschreven meting te verrichten en deze volgens een bepaalde regel om te zetten in een bruikbaar uitgangssignaal. Een gassensor wordt gebruikt om de samenstelling en concentratie van een gas te meten. Over het algemeen wordt aangenomen dat de definitie van een gassensor gebaseerd is op de classificatie van het te meten doel, dat wil zeggen dat elke sensor die gebruikt wordt om de samenstelling en concentratie van een gas te meten, een gassensor wordt genoemd, ongeacht of dit via fysische of chemische methoden gebeurt. Een sensor voor het meten van de gasstroom wordt bijvoorbeeld niet als een gassensor beschouwd, maar een gasanalysator voor thermische geleidbaarheid is dat wel.
Hoewel ze soms gebruikmaken van algemeen consistente detectieprincipes. Al in de jaren 70 ontwikkelde de gassensor zich tot een belangrijk onderdeel van de sensorwereld, behorend tot de chemische sensoren. Er zijn verschillende soorten gassensoren die populair zijn op de markt:
Halfgeleider gassensor
Het wordt gemaakt met behulp van een metaaloxide-halfgeleidermateriaal, waarvan de geleidbaarheid verandert met de verandering van de samenstelling van het omgevingsgas bij een bepaalde temperatuur. Een alcoholsensor is bijvoorbeeld gebaseerd op het principe dat wanneer tinoxide in contact komt met alcoholgas bij een hoge temperatuur, de weerstand sterk afneemt.
De halfgeleidergassensor kan effectief worden gebruikt in de volgende toepassingsgebieden: methaan, ethaan, propaan, butaan, alcohol, formaldehyde, koolmonoxide, kooldioxide, ethyleen, acetyleen, vinylchloride, styreen, acrylzuur en andere gassen. De sensor is met name voordelig en geschikt voor gasdetectie in de civiele sector.
De volgende typen halfgeleidergassensoren zijn succesvol gebleken: methaan (aardgas), alcohol, koolmonoxide (stadsgas), waterstofsulfide, ammoniak (inclusief aminen, hydrazine). Hoogwaardige sensoren kunnen voldoen aan de eisen van industriële detectie.
Nadelen: De stabiliteit is slecht en de sensor wordt beïnvloed door de omgeving. Met name de selectiviteit van elke sensor is niet uniek en de outputparameters kunnen niet worden bepaald. Daarom is de sensor niet geschikt voor gebruik op plaatsen waar nauwkeurige metingen vereist zijn. Momenteel is Japan (de uitvinder) de belangrijkste leverancier van dit type sensor, gevolgd door China, en sinds kort ook Zuid-Korea. Andere landen zoals de Verenigde Staten werken ook aan dit gebied, maar de sensor is nog niet echt doorgebroken. China heeft net zoveel mankracht en tijd in dit vakgebied geïnvesteerd als Japan, maar door nationaal beleid, de blokkering van sociale informatie en andere redenen is de prestatiekwaliteit van de in China gangbare halfgeleidergassensoren jarenlang veel lager geweest dan die van Japanse producten. Ik ben ervan overtuigd dat met de marktontwikkeling en de verdere groei van particulier kapitaal, het hoog tijd is dat Chinese halfgeleidergassensoren het Japanse niveau bereiken en zelfs overtreffen!
Katalytische verbrandingsgassensor
De sensor is ontworpen om een hittebestendige katalysatorlaag op het oppervlak van de platinaweerstand aan te brengen. Bij een bepaalde temperatuur katalyseert het brandbare gas de verbranding op het oppervlak van de platinaweerstand. De verbranding resulteert in een temperatuurstijging van de platinaweerstand en een verandering in de weerstand. Deze verandering is afhankelijk van de concentratie van het brandbare gas. Katalytische verbrandingsgassensoren detecteren selectief brandbare gassen: alles wat kan branden, kan worden gedetecteerd; de sensor reageert niet op stoffen die niet kunnen branden. Er zijn natuurlijk veel uitzonderingen op de bewering "kan alles detecteren wat kan branden", maar over het algemeen klopt de selectiviteit. De katalytische verbrandingsgassensor heeft als voordelen nauwkeurige metingen, een snelle respons en een lange levensduur. De output van de sensor is direct gerelateerd aan het explosiegevaar in de omgeving en het is een toonaangevende sensor op het gebied van veiligheidsdetectie.
Nadeel: Bij brandbare gassen is er geen selectiviteit. Het vuur brandt, en er bestaat brandgevaar. De meeste elementaire organische dampen zijn giftig voor de sensor.
De belangrijkste leveranciers van de sensoren bevinden zich in China, Japan en het Verenigd Koninkrijk (het land van de uitvinder)! China is de grootste gebruiker (kolenmijnen) van deze sensor en beschikt ook over de beste productietechnologie. Hoewel er diverse partijen zijn die via propaganda de publieke perceptie van deze sensor beïnvloeden, zijn de belangrijkste fabrikanten van katalytische verbrandingsgassensoren uiteindelijk in China gevestigd.
Warmtegeleidende celtype gassensor
Elk gas heeft zijn eigen specifieke thermische geleidbaarheid. Wanneer de thermische geleidbaarheid van twee of meer gassen sterk verschilt, kan het gehalte van een van de componenten worden onderscheiden aan de hand van het thermische geleidbaarheidselement. De sensor is gebruikt voor de detectie van waterstof, koolstofdioxide en methaan in hoge concentraties.
De gassensor heeft een beperkt toepassingsgebied en kent veel beperkende factoren.
Het is een ouderwets product dat overal ter wereld wordt gemaakt. De kwaliteit van de producten is wereldwijd vergelijkbaar.
Elektrochemische gassensor
Een aanzienlijk deel van de brandbare, giftige en schadelijke gassen heeft elektrochemische activiteit en kan elektrochemisch geoxideerd of gereduceerd worden.
Door gebruik te maken van deze reacties kan de gassamenstelling worden onderscheiden en de gasconcentratie worden gedetecteerd. Elektrochemische gassensoren kennen vele subcategorieën:
1. Primaire gasdetectoren op batterijen (ook wel bekend als zuurstofsensoren): dit zijn dezelfde batterijen als die we gebruiken voor droge batterijen, maar dan met gaselektroden in plaats van koolstof- en mangaanelektroden. Bij een zuurstofsensor wordt zuurstof gereduceerd aan de kathode, waarna elektronen door de galvanometer naar de anode stromen, waar het loodmetaal oxideert. De grootte van de stroom is rechtstreeks gerelateerd aan de zuurstofconcentratie. De sensor kan effectief zuurstof, zwaveldioxide, chloor, enzovoort detecteren.
2. De gasdetector met constante potentiaal en elektrolytische cel is zeer effectief voor het detecteren van reducerende gassen. Het principe ervan verschilt van dat van de traditionele celsensor; de elektrochemische reactie vindt plaats onder invloed van een elektrische stroom. Het is een echte Coulomb-analysesensor. Deze sensor wordt met succes gebruikt voor de detectie van koolmonoxide, waterstofsulfide, waterstof, ammoniak, hydrazine en andere gassen. Het is de meest gebruikte sensor voor de detectie van giftige en schadelijke gassen.
3. Bij een gasdetector met concentratiecel ontstaat spontaan een concentratie-elektromotorische kracht wanneer het gas aan beide zijden van de elektrochemische cel elektrochemisch actief is. De grootte van deze elektromotorische kracht is gerelateerd aan de concentratie van het gas. Succesvolle voorbeelden van deze sensor zijn de zuurstofsensor voor auto's en de koolstofdioxidesensor met vaste elektrolyt.
4. De uitvinding betreft een gasdetector van het grensstroomtype, een sensor voor het meten van de zuurstofconcentratie, die gebruikmaakt van het principe dat de grensstroom in de elektrochemische cel gerelateerd is aan de dragerconcentratie om een zuurstofconcentratiesensor te vervaardigen, die gebruikt wordt voor zuurstofdetectie in voertuigen en voor het meten van de zuurstofconcentratie in staalwater.
De belangrijkste leveranciers van deze sensor bevinden zich nu over de hele wereld, voornamelijk in Duitsland, Japan en de Verenigde Staten. Recent zijn daar ook verschillende nieuwe Europese leveranciers bijgekomen, waaronder Groot-Brittannië en Zwitserland. China was al vroeg actief op dit gebied, maar het industrialisatieproces is tot nu toe niet succesvol geweest.
Infrarood gassensor
De meeste gassen hebben karakteristieke absorptiepieken in het midden-infraroodgebied, en de concentratie van een gas kan worden bepaald door de absorptie op de positie van deze karakteristieke absorptiepieken te meten.
Deze sensor was vroeger een groot analytisch instrument, maar de laatste jaren is het volume ervan, dankzij de ontwikkeling van de sensorindustrie op basis van MEMS-technologie, gereduceerd van 10 liter (45 kg van een Big Mac) tot ongeveer 2 ml (duimformaat). Het gebruik van een infrarooddetector zonder modulerende lichtbron maakt het instrument volledig vrij van mechanisch bewegende onderdelen en onderhoud.
De infrarood gassensor kan de verschillende gassoorten effectief onderscheiden en de gasconcentratie nauwkeurig meten.
Deze sensor is met succes gebruikt voor: detectie van koolstofdioxide en methaan.
De huidige leverancier van deze "sensor" bevindt zich in Europa! China is op dit gebied nu een 'blinde vlek'!
Magnetische zuurstofsensor
Dit vormt de kern van de magnetische zuurstofanalysator , maar hiermee is ook het "sensor"-proces gerealiseerd.
Het wordt bereid volgens het principe dat zuurstof in de lucht kan worden aangetrokken door een sterk magnetisch veld.
De sensor kan alleen worden gebruikt voor de detectie van zuurstof en heeft een uitstekende selectiviteit. Alleen NOx in de atmosfeer kan een kleine invloed hebben, maar omdat de concentratie van deze storende gassen vaak erg laag is, is de selectiviteit van de magnetische zuurstofanalysetechnologie bijna uniek!
Gevestigde industriële producten, met fabrikanten over de hele wereld. (Ik heb het natuurlijk over een zuurstofanalysator als een enkele meter, die kan worden gezien als een sensor binnen een bepaald bereik.) En dit product, geproduceerd in de vorm van pure sensoren, is iets van de laatste tijd.
Anderen
De afgelopen jaren heeft de gasdetectietechnologie, met de voortdurende opkomst van nieuwe technologieën, een overeenkomstige revolutie doorgemaakt. Ook het aanbod aan gasdetectoren is sterk toegenomen. Het is echter controversieel of sommige sensoren wel onder de noemer 'gasdetector' vallen. Neem bijvoorbeeld de PID-detector: hoewel deze ook voor gasdetectie wordt gebruikt, is hij, ondanks zijn kleine formaat, niet volledig onderhoudsvrij. Daarom zou dit type apparatuur, ongeacht het formaat, onder de noemer 'detectie-instrument' moeten vallen. Daarnaast ontwikkelen optische sensoren op basis van glasvezels zich snel. Hoewel ze geen absolute 'bedreiging' vormen voor elektronische sensoren, kunnen hun unieke voordelen in de toekomst doorslaggevend zijn. Tot slot overdrijven verkopers van gasdetectoren soms de mogelijkheden van specifieke sensoren en verwarren ze de classificatie ervan, wat de correcte toepassing van gasdetectoren door gebruikers bemoeilijkt. De toepassing van sensoren is immers net zo belangrijk als de productie ervan.
