Princípio do analisador de teor de oxigênio, sensor

Classificação de sensores de gás

A norma nacional GB7665-87 define sensores como: Um sensor é um dispositivo capaz de detectar uma medição prescrita e convertê-la em um sinal de saída disponível, de acordo com uma determinada regra. Sensores de gás são usados ​​para detectar a composição e o teor de um gás. Geralmente, considera-se que a definição de sensor de gás se baseia na classificação do alvo da detecção, ou seja, qualquer sensor usado para detectar a composição e a concentração de um gás é chamado de sensor de gás, seja por métodos físicos ou químicos. Por exemplo, um sensor de fluxo de gás não é considerado um sensor de gás, mas um analisador de condutividade térmica de gás é um sensor de gás importante, embora às vezes utilizem princípios de detecção geralmente semelhantes.

Já na década de 1970, os sensores de gás se tornaram um grande departamento na área de sensores, pertencendo ao ramo dos sensores químicos.

Existem alguns tipos de sensores de gás que são populares no mercado:

1. Sensor de gás semicondutor

É fabricado utilizando algum material semicondutor de óxido metálico, cuja condutividade varia com a composição do gás ambiente a uma determinada temperatura. Por exemplo, o sensor de álcool é baseado no princípio de que, quando o dióxido de estanho entra em contato com gás álcool em alta temperatura, a resistência diminui drasticamente. O sensor de gás semicondutor pode ser usado com eficácia nas seguintes áreas: metano, etano, propano, butano, álcool, formaldeído, monóxido de carbono, dióxido de carbono, etileno, acetileno, cloreto de vinila, estireno, ácido acrílico e outros gases. Em particular, o sensor tem baixo custo e é adequado para as necessidades de detecção de gases em aplicações civis. Os seguintes tipos de sensores de gás semicondutor são bem-sucedidos: metano (gás natural, metano), álcool, monóxido de carbono (gás urbano), sulfeto de hidrogênio, amônia (incluindo aminas, hidrazina). Sensores de alta qualidade podem atender às necessidades de detecção industrial.

Desvantagem: A estabilidade é baixa e influenciada pelo ambiente. Em particular, a seletividade de cada sensor não é única e os parâmetros de saída não podem ser determinados. Portanto, não é adequado para uso em locais onde a precisão da medição é essencial. Atualmente, o principal fornecedor desse tipo de sensor é o Japão (inventor), seguido pela China, e recentemente pela Coreia do Sul. Outros países, como os Estados Unidos, também têm investido consideravelmente nessa área, mas ainda não a incorporaram ao mercado em larga escala! A China investiu tanto em recursos humanos e tempo quanto o Japão nesse campo, mas devido às diretrizes políticas nacionais e ao bloqueio da informação social, entre outros fatores, durante muitos anos, a qualidade de desempenho dos sensores de gás semicondutores populares na China é muito inferior à dos produtos japoneses. Acredito que, com o progresso do mercado e o aumento do capital privado, está na hora de os sensores de gás semicondutores fabricados na China alcançarem e superarem o nível dos japoneses!

2. Sensor de gás do tipo combustão catalítica

O sensor consiste em preparar uma camada catalítica resistente a altas temperaturas na superfície do resistor de platina. A uma determinada temperatura, o gás combustível catalisa a combustão na superfície do resistor de platina. A combustão provoca o aumento da temperatura do resistor de platina, resultando em uma mudança na resistência, cujo valor é função da concentração do gás combustível.

Os sensores de gases de combustão catalítica detectam seletivamente gases combustíveis: qualquer substância que possa ser queimada pode ser detectada; o sensor não reage a nada que não possa queimar. Existem, é claro, muitas exceções à frase "pode ​​detectar qualquer coisa que possa queimar", mas, no geral, a seletividade é correta. O sensor de gases de combustão catalítica tem as vantagens de medição precisa, resposta rápida e longa vida útil. A saída do sensor está diretamente relacionada ao risco de explosão no ambiente, sendo um tipo de sensor dominante na área de detecção de segurança.

Desvantagem: Na faixa de gases combustíveis, não há seletividade. O fogo está ativo e há risco de incêndio. A maioria dos vapores orgânicos elementares é tóxica para o sensor. Os principais fornecedores de sensores estão na China, Japão e Reino Unido (país inventor)! A China é o maior usuário (mineração de carvão) desse sensor e também possui a melhor tecnologia de produção. Embora haja diversos agentes que interferem na propaganda e prejudicam a compreensão pública sobre esse sensor, os principais fabricantes de sensores de gases de combustão catalítica estão no país.

3. Sensor de gás tipo piscina com condução de calor

Cada gás possui sua própria condutividade térmica específica e, quando a condutividade térmica de dois ou mais gases é bastante diferente, o teor de um dos componentes pode ser distinguido pelo elemento de condutividade térmica. O sensor tem sido utilizado para detecção de hidrogênio, detecção de dióxido de carbono e detecção de metano em alta concentração.

O sensor de gás tem uma gama de aplicações limitada e muitos fatores restritivos. É um produto antiquado, fabricado em todo o mundo. A qualidade dos produtos produzidos globalmente é semelhante.

4. Sensor eletroquímico de gás

Uma parcela considerável de gases combustíveis, tóxicos e nocivos possui atividade eletroquímica e pode ser oxidada ou reduzida eletroquimicamente. Utilizando essas reações, é possível distinguir a composição do gás e detectar sua concentração. Os sensores eletroquímicos de gás possuem diversas subclasses:

(1) Sensores de gás baseados em baterias primárias (também conhecidos como baterias comuns, exceto que os eletrodos de carbono e manganês são substituídos por eletrodos de gás). No caso de um sensor de oxigênio, o oxigênio é reduzido no cátodo, os elétrons fluem através do galvanômetro para o ânodo, onde o metal de chumbo é oxidado. A magnitude da corrente está diretamente relacionada à concentração de oxigênio. O sensor pode detectar com eficácia oxigênio, dióxido de enxofre, cloro, etc.

(2) O sensor de gás de célula eletrolítica de potencial constante, muito eficaz na detecção de gases redutores, tem um princípio diferente do sensor de célula original: sua reação eletroquímica ocorre sob a ação da corrente, sendo um verdadeiro sensor de análise de Coulomb. Este sensor tem sido usado com sucesso para: a detecção de monóxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, hidrogênio, amônia, hidrazina e outros gases, sendo o sensor principal para a detecção de gases tóxicos e nocivos.

(3) O sensor de gás do tipo célula de concentração, o gás com atividade eletroquímica nos dois lados da célula eletroquímica, formará espontaneamente força eletromotriz de concentração, a magnitude da força eletromotriz está relacionada à concentração do gás, o exemplo de sucesso deste sensor é o sensor de oxigênio para automóveis, sensor de dióxido de carbono do tipo eletrólito sólido.

(4) A invenção refere-se a um sensor de gás do tipo corrente limite, que é um sensor para medir a concentração de oxigênio, e utiliza o princípio de que a corrente limite na célula eletroquímica está relacionada à concentração do portador para preparar o sensor de concentração de oxigênio (gás), que é usado para a detecção de oxigênio em veículos e a detecção da concentração de oxigênio em água de aço. Os principais fornecedores deste sensor estão atualmente em todo o mundo, principalmente na Alemanha, Japão e Estados Unidos, tendo recentemente se juntado vários novos fornecedores europeus: Grã-Bretanha, Suíça, etc. A China iniciou cedo neste campo, mas o processo de industrialização tem sido ineficaz.

5. Sensor de gás infravermelho

A maioria dos gases apresenta picos de absorção característicos na região do infravermelho médio, e a concentração de um gás pode ser determinada pela detecção da posição desses picos de absorção característicos. Antigamente, esse sensor era um instrumento analítico de grandes dimensões, mas nos últimos anos, com o desenvolvimento da indústria de sensores baseada na tecnologia MEMS, seu volume foi reduzido de 10 litros (o equivalente a 45 kg de um Big Mac) para cerca de 2 ml (o tamanho de um polegar). O uso de um detector infravermelho sem fonte de luz modulada torna o instrumento completamente livre de peças mecânicas móveis e de necessidade de manutenção. O sensor de gás infravermelho consegue distinguir os tipos de gás com eficácia e medir sua concentração com precisão.

Este sensor foi usado com sucesso para detecção de dióxido de carbono e metano. O fornecedor atual deste sensor está na Europa! A China está agora praticamente sem produção neste setor!

6. Sensor magnético de oxigênio

Este é o núcleo do analisador magnético de oxigênio , mas também foi implementado o processo de "sensor".

É preparado com base no princípio de que o oxigênio do ar pode ser atraído por um forte campo magnético.

O sensor só pode ser usado para a detecção de oxigênio e possui excelente seletividade. Apenas o NOx na atmosfera pode causar um pequeno impacto, mas como o teor desses gases interferentes é geralmente muito baixo, a seletividade da tecnologia de análise magnética de oxigênio é quase única! Já existem produtos industriais consolidados, com fabricantes em todo o mundo. (Estou falando, claro, de um analisador de oxigênio como um medidor individual, que pode ser considerado um sensor dentro de uma determinada faixa de medição.) E este produto, produzido na forma de sensores puros, é uma novidade.

7. Outros

Nos últimos anos, com o surgimento contínuo de novas tecnologias, a tecnologia de sensores de gás também está passando por uma revolução correspondente. A variedade de sensores de gás também está se expandindo. No entanto, a classificação de alguns sensores como sensores de gás é bastante controversa. Por exemplo, o detector PID, embora também seja usado para detecção de gases, possui um tamanho reduzido, mas não é totalmente livre de manutenção. Portanto, esse tipo de equipamento, independentemente do tamanho, deveria ser classificado como "instrumento de detecção".

Além disso, os sensores ópticos baseados em fibras ópticas estão se desenvolvendo rapidamente e, embora não representem uma "ameaça" absoluta aos sensores eletrônicos, suas vantagens exclusivas podem um dia se revelar brilhantes. Por fim, para fins comerciais, os empresários que atuam na venda de sensores de gás às vezes exageram a capacidade de um sensor específico e confundem a classificação dos sensores, o que não contribui para a correta aplicação dos sensores de gás pelos usuários. De fato, a aplicação dos sensores é tão importante quanto a sua fabricação.