Принцип работы анализатора содержания кислорода, датчика.

Классификация газовых датчиков

Национальный стандарт GB7665-87 определяет датчики следующим образом: датчик — это устройство, способное измерять заданное значение и преобразовывать его в выходной сигнал в соответствии с определенным правилом. Газовый датчик используется для определения состава и содержания газа. Как правило, считается, что определение газового датчика основано на классификации объекта измерения, то есть любой датчик, используемый для определения состава и концентрации газа, называется газовым датчиком, независимо от того, используется ли для этого физический или химический метод. Например, датчик расхода газа не считается газовым датчиком, но газоанализатор теплопроводности является важным газовым датчиком, хотя иногда в них используются в целом согласованные принципы измерения.

Уже в 1970-х годах газовые датчики стали крупным направлением в области сенсорики, относящимся к отрасли химических датчиков.

На рынке популярны следующие виды газовых датчиков:

1. Полупроводниковый газовый датчик

Датчики на основе полупроводниковых материалов на основе оксидов металлов изготавливаются с использованием материалов, проводимость которых изменяется в зависимости от состава окружающего газа при определенной температуре. Например, датчик алкоголя создается на основе принципа, согласно которому при взаимодействии диоксида олова с газообразным спиртом при высокой температуре сопротивление резко уменьшается. Полупроводниковые газовые датчики могут эффективно использоваться в следующих областях: метан, этан, пропан, бутан, спирт, формальдегид, оксид углерода, диоксид углерода, этилен, ацетилен, винилхлорид, стирол, акриловая кислота и другие газы. В частности, датчики имеют низкую стоимость и подходят для нужд бытового газового контроля. Успешно применяются следующие типы полупроводниковых газовых датчиков: метан (природный газ, метан), спирт, оксид углерода (городской газ), сероводород, аммиак (включая амины, гидразин). Высококачественные датчики могут удовлетворить потребности промышленного контроля.

Недостаток: низкая стабильность и зависимость от окружающей среды. В частности, избирательность каждого датчика не уникальна, и выходные параметры не могут быть определены. Поэтому он не подходит для использования в местах, где требуется высокая точность измерений. В настоящее время основным поставщиком таких датчиков является Япония (изобретатель), за ней следует Китай, недавно присоединилась Южная Корея, другие страны, такие как США, также внесли значительный вклад в эту область, но она так и не получила широкого распространения! Китай вложил в эту область столько же людских ресурсов и времени, сколько и Япония, но из-за государственной политики, блокировки социальной информации и других причин на протяжении многих лет качество полупроводниковых газовых датчиков, популярных в Китае, значительно уступает японской продукции. Я считаю, что с развитием рынка и дальнейшим ростом частного капитала настало время для того, чтобы китайские полупроводниковые газовые датчики достигли и превзошли японский уровень!

2. Газовый датчик каталитического сгорания

Датчик предназначен для нанесения высокотемпературного каталитического слоя на поверхность платинового резистора, и при определенной температуре горючий газ катализирует горение на поверхности платинового резистора; горение проявляется в повышении температуры платинового резистора и изменении его сопротивления, причем величина изменения является функцией концентрации горючего газа.

Каталитические датчики продуктов сгорания избирательно обнаруживают горючие газы: они способны обнаруживать любые сгоревшие газы, не реагируя на несгоревшие. Конечно, существуют многочисленные исключения из выражения «может обнаруживать все, что может гореть», но в целом избирательность соответствует действительности. Каталитический датчик продуктов сгорания обладает преимуществами точного измерения, быстрого отклика и длительного срока службы. Выходной сигнал датчика напрямую связан с риском взрыва в окружающей среде, и это один из доминирующих типов датчиков в области контроля безопасности.

Недостаток: В диапазоне горючих газов отсутствует селективность. При возгорании возникает опасность возгорания. Большинство органических паров токсичны для датчика. Основные поставщики датчиков находятся в Китае, Японии и Великобритании (стране-изобретателе)! Китай является крупнейшим потребителем (угольные шахты) этого датчика, а также обладает лучшей технологией производства датчиков, хотя и существуют различные агенты, занимающиеся пропагандистским вмешательством в общественное понимание этого датчика, но в конечном итоге это основной производитель каталитических датчиков сгорания газов в стране.

3. Газовый датчик теплопроводящего типа.

Каждый газ имеет свою удельную теплопроводность, и когда теплопроводность двух и более газов значительно различается, содержание одного из компонентов можно определить по элементу теплопроводности. Датчик использовался для обнаружения водорода, углекислого газа и метана в высоких концентрациях.

Газовый датчик имеет узкий диапазон применения и множество ограничивающих факторов. Это устаревший продукт, который производится по всему миру. Качество продукции во всем мире примерно одинаково.

4. Электрохимический газовый датчик

Значительная часть горючих, токсичных и вредных газов обладает электрохимической активностью и может подвергаться электрохимическому окислению или восстановлению. Используя эти реакции, можно определить состав газа и его концентрацию. Электрохимические газовые датчики подразделяются на множество подклассов:

(1) Первичные газовые датчики на основе батарей (также известные как сухие батареи, за исключением того, что угольные и марганцевые электроды батарей заменены газовыми электродами). В случае кислородного датчика кислород восстанавливается на катоде, электроны текут через гальванометр к аноду, где окисляется свинец. Величина тока напрямую связана с концентрацией кислорода. Датчик может эффективно обнаруживать кислород, диоксид серы, хлор и т. д.

(2) Электролитический газовый датчик постоянного потенциала, очень эффективный для обнаружения восстановительных газов. Его принцип действия отличается от принципа действия оригинального клеточного датчика: электрохимическая реакция происходит под действием тока, что делает его истинным датчиком кулоновского анализа. Этот датчик успешно используется для обнаружения оксида углерода, сероводорода, водорода, аммиака, гидразина и других газов. Он является основным датчиком для обнаружения токсичных и вредных газов.

(3) В газовом датчике концентрационного типа газ с электрохимической активностью на двух сторонах электрохимической ячейки спонтанно образует концентрационную электродвижущую силу, величина которой связана с концентрацией газа. Успешным примером такого датчика является датчик кислорода для автомобилей, а также твердоэлектролитный датчик углекислого газа.

(4) Изобретение относится к газовому датчику предельного тока, который является датчиком для измерения концентрации кислорода и использует принцип, согласно которому предельный ток в электрохимической ячейке связан с концентрацией носителя для создания датчика концентрации кислорода (газа), который используется для определения концентрации кислорода в транспортном средстве и определения концентрации кислорода в воде из стали. Основные поставщики этого датчика в настоящее время находятся по всему миру, главным образом в Германии, Японии, США, а недавно к ним присоединились несколько новых европейских поставщиков: Великобритания, Швейцария и др. Китай рано начал работать в этой области, но процесс индустриализации оказался неэффективным.

5. Инфракрасный газовый датчик

Большинство газов имеют характерные пики поглощения в среднеинфракрасном диапазоне, и концентрацию газа можно определить, регистрируя поглощение в области этих характерных пиков. Ранее этот датчик представлял собой крупный аналитический прибор, но в последние годы, с развитием сенсорной индустрии на основе технологии MEMS, его объем уменьшился с 10 литров (45 кг, как у Биг Мака) до примерно 2 мл (размером с большой палец). Использование инфракрасного детектора без модулирующего источника света делает прибор полностью свободным от механических движущихся частей и необходимости технического обслуживания. Инфракрасный газовый датчик позволяет эффективно различать виды газов и точно измерять их концентрацию.

Этот датчик успешно использовался для обнаружения углекислого газа и метана. В настоящее время поставщиком этого «датчика» является европейский поставщик! Китай сейчас находится в этой области в полупустом положении!

6. Магнитный кислородный датчик

Это основа магнитного анализатора кислорода , но в нем также реализован процесс "датчика".

Он изготовлен по принципу, согласно которому кислород в воздухе может притягиваться сильным магнитным полем.

Датчик предназначен исключительно для обнаружения кислорода и обладает превосходной селективностью. Только оксиды азота (NOx) в атмосфере могут оказывать незначительное влияние, но поскольку содержание этих мешающих газов часто очень мало, селективность технологии магнитного анализа кислорода практически уникальна! Это уже зарекомендовавший себя промышленный продукт, выпускаемый производителями по всему миру. (Я говорю, конечно, об анализаторе кислорода как об одноканальном приборе, который можно рассматривать как датчик в определенном диапазоне.) А этот продукт, выпускаемый в виде чистых датчиков, — относительно новое явление.

7. Другие

В последние годы, с непрерывным появлением новых технологий, технология газовых датчиков также переживает соответствующую революцию. Разнообразие газовых датчиков также пополняется новыми уровнями. Однако вопрос о том, следует ли некоторые датчики относить к категории газовых датчиков, довольно спорный. Например, детектор PID, несмотря на то, что он также используется для обнаружения газа, имеет очень малый размер, но поскольку он не может быть полностью необслуживаемым, поэтому такое оборудование, независимо от его размеров, следует относить к категории «измерительные приборы».

Кроме того, быстро развиваются оптические датчики на основе оптических волокон, и хотя они не представляют абсолютной «угрозы» электронным датчикам, их уникальные преимущества однажды могут оказаться весьма значительными. Наконец, в своих коммерческих целях предприниматели, занимающиеся продажей газовых датчиков, иногда преувеличивают возможности конкретного датчика и вводят в заблуждение классификацию датчиков, что не способствует правильному применению газовых датчиков пользователями. На самом деле, применение датчиков является таким же предметом изучения, как и их производство.