Oksijen içeriği analizörü ve sensörünün çalışma prensibi

Gaz sensörlerinin sınıflandırılması

Ulusal standart GB7665-87, sensörleri şu şekilde tanımlar: Sensör, belirli bir ölçümü algılayabilen ve belirli bir kurala göre kullanılabilir bir çıkış sinyaline dönüştürebilen bir cihaz veya cihazdır. Gaz sensörü, gazın bileşimini ve içeriğini tespit etmek için kullanılır. Genel olarak, gaz sensörünün tanımının, tespit hedefinin sınıflandırılmasına dayandığı kabul edilir; yani, fiziksel veya kimyasal yöntemlerle olsun, gazın bileşimini ve konsantrasyonunu tespit etmek için kullanılan herhangi bir sensöre gaz sensörü denir. Örneğin, gaz akış sensörü gaz sensörü olarak kabul edilmez, ancak termal iletkenlik gaz analizörü önemli bir gaz sensörüdür, ancak bazen genel olarak tutarlı tespit prensipleri kullanırlar.

1970'lerden itibaren gaz sensörleri, kimyasal sensörler dalının bir alt kolu olarak sensörler alanında büyük bir bölüm haline geldi.

Piyasada yaygın olarak kullanılan bazı gaz sensörü çeşitleri vardır:

1. Yarı iletken gaz sensörü

Bu sensörler, belirli bir sıcaklıkta ortam gazı bileşimindeki değişime bağlı olarak iletkenliği değişen bazı metal oksit yarı iletken malzemeler kullanılarak üretilir. Örneğin, alkol sensörü, kalay dioksitin yüksek sıcaklıkta alkol gazıyla karşılaştığında direncin keskin bir şekilde azalması prensibi kullanılarak üretilir. Yarı iletken gaz sensörleri aşağıdaki alanlarda etkili bir şekilde kullanılabilir: metan, etan, propan, bütan, alkol, formaldehit, karbonmonoksit, karbondioksit, etilen, asetilen, vinil klorür, stiren, akrilik asit ve diğer gazlar. Özellikle, sensör düşük maliyetlidir ve sivil gaz algılama ihtiyaçları için uygundur. Aşağıdaki yarı iletken gaz sensörü türleri başarılı bir şekilde kullanılmaktadır: metan (doğal gaz, metan), alkol, karbonmonoksit (şehir gazı), hidrojen sülfür, amonyak (aminler, hidrazin dahil). Yüksek kaliteli sensörler, endüstriyel algılama ihtiyaçlarını karşılayabilir.

Dezavantaj: Kararlılığı zayıf ve çevresel faktörlerden etkileniyor. Özellikle, her sensörün seçiciliği benzersiz değil ve çıkış parametreleri belirlenemiyor. Bu nedenle, ölçüm doğruluğunun gerekli olduğu yerlerde kullanıma uygun değil. Şu anda bu tür sensörlerin ana tedarikçisi Japonya (mucit), ardından Çin geliyor, son zamanlarda Güney Kore de katıldı, Amerika Birleşik Devletleri gibi diğer ülkeler de bu alanda önemli çalışmalar yapmış olsa da, hiçbir zaman ana akıma giremedi! Çin, bu alana Japonya kadar insan gücü ve zaman yatırdı, ancak ulusal politika yönlendirmesi, sosyal bilgi engellemesi ve diğer nedenlerden dolayı, Çin'de popüler olan yarı iletken gaz sensörlerinin performans kalitesi, Japon ürünlerinin çok altında kaldı. Pazarın gelişmesi ve özel sermayenin daha da artmasıyla, Çin yapımı yarı iletken gaz sensörlerinin Japon seviyesine ulaşmasının ve hatta onu geçmesinin zamanının geldiğine inanıyorum!

2. Katalitik yanma tipi gaz sensörü

Sensör, platin direnç yüzeyine yüksek sıcaklığa dayanıklı bir katalizör tabakası hazırlamak için tasarlanmıştır ve belirli bir sıcaklıkta, yanıcı gaz platin direnç yüzeyinde yanmayı katalize eder; yanma, platin direncin sıcaklığının yükselmesine ve direnç değişimine neden olur; değişim değeri, yanıcı gaz konsantrasyonunun bir fonksiyonudur.

Katalitik yanma gaz sensörleri, yanıcı gazları seçici olarak algılar: Yanabilen her gaz algılanabilir; yanmayan hiçbir gaza tepki vermez. Elbette "yanabilen her şeyi algılayabilir" ifadesinin birçok istisnası vardır, ancak genel olarak seçicilik doğrudur. Katalitik yanma gaz sensörü, doğru ölçüm, hızlı tepki ve uzun kullanım ömrü avantajlarına sahiptir. Sensörün çıkışı, ortamın patlama riskiyle doğrudan ilişkilidir ve güvenlik algılama alanında baskın bir sensör türüdür.

Dezavantaj: Yanıcı gazlar aralığında seçicilik yoktur. Ateşleme gerçekleşir ve yangın tehlikesi vardır. Çoğu elementel organik buhar sensör için zehirlidir. Sensörlerin ana tedarikçileri Çin, Japonya ve Birleşik Krallık'tadır (icatçı ülke)! Çin, bu sensörün en büyük kullanıcısıdır (kömür madeni) ve aynı zamanda en iyi sensör üretim teknolojisine sahiptir. Her ne kadar bu sensör hakkında kamuoyunun anlayışını etkileyen çeşitli propaganda unsurları olsa da, sonuçta katalitik yanma gaz sensörlerinin ana akım üreticileri yerli üretimdir.

3. Isı iletken havuz tipi gaz sensörü

Her gazın kendine özgü bir ısı iletkenliği vardır ve iki veya daha fazla gazın ısı iletkenliği oldukça farklı olduğunda, bileşenlerden birinin içeriği ısı iletkenlik elemanı ile ayırt edilebilir. Sensör, hidrojen tespiti, karbondioksit tespiti ve yüksek konsantrasyonlu metan tespiti için kullanılmıştır.

Gaz sensörünün uygulama alanı dardır ve birçok sınırlayıcı faktörü vardır. Eski moda bir üründür ve dünyanın her yerinde üretilmektedir. Dünya genelindeki ürünlerin kalitesi benzerdir.

4. Elektrokimyasal gaz sensörü

Yanıcı, zehirli ve zararlı gazların önemli bir kısmı elektrokimyasal aktiviteye sahiptir ve elektrokimyasal olarak oksitlenebilir veya indirgenebilir. Bu reaksiyonlar kullanılarak gaz bileşimi ayırt edilebilir ve gaz konsantrasyonu tespit edilebilir. Elektrokimyasal gaz sensörlerinin birçok alt sınıfı vardır:

(1) Birincil pil tabanlı gaz sensörleri (kuru piller için kullandığımız piller olarak da bilinir, ancak pillerin karbon ve manganez elektrotları gaz elektrotlarıyla değiştirilmiştir. Oksijen sensörü durumunda, oksijen katotta indirgenir, elektronlar galvanometreden anoda akar ve burada kurşun metal oksitlenir. Akımın büyüklüğü doğrudan oksijen konsantrasyonuyla ilişkilidir. Sensör oksijen, kükürt dioksit, klor vb. maddeleri etkili bir şekilde tespit edebilir.

(2) Sabit potansiyelli elektrolitik hücreli gaz sensörü, indirgeyici gazların tespiti için çok etkilidir; prensibi orijinal hücreli sensörden farklıdır, elektrokimyasal reaksiyonu akım kuvveti altında gerçekleşir ve gerçek bir Coulomb analiz sensörüdür. Bu sensör, karbonmonoksit, hidrojen sülfür, hidrojen, amonyak, hidrazin ve diğer gazların tespiti için başarıyla kullanılmıştır ve zehirli ve zararlı gazların tespiti için ana akım sensördür.

(3) Konsantrasyon hücresi tipi gaz sensöründe, elektrokimyasal hücrenin iki tarafında elektrokimyasal aktiviteye sahip gaz, kendiliğinden konsantrasyon elektromotor kuvveti oluşturacaktır; elektromotor kuvvetinin büyüklüğü gazın konsantrasyonuyla ilişkilidir; bu sensörün başarılı örnekleri arasında otomobiller için oksijen sensörü ve katı elektrolit tipi karbondioksit sensörü yer almaktadır.

(4) Buluş, oksijen konsantrasyonunu ölçmek için kullanılan ve elektrokimyasal hücredeki limit akımının taşıyıcı konsantrasyonuyla ilişkili olduğu prensibini kullanan bir limit akım tipi gaz sensörü ile ilgilidir. Bu sensör, araçtaki oksijen tespiti ve çelik suyundaki oksijen konsantrasyonu tespiti için kullanılır. Bu sensörün başlıca tedarikçileri şu anda dünyanın her yerinde, özellikle Almanya, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'ndedir; son zamanlarda İngiltere, İsviçre vb. gibi birkaç yeni Avrupa tedarikçisi de eklenmiştir. Çin bu alanda erken başlamış olsa da, sanayileşme süreci etkisiz kalmıştır.

5. Kızılötesi gaz sensörü

Gazların çoğunun orta kızılötesi bölgede karakteristik soğurma tepe noktaları vardır ve bir gazın konsantrasyonu, karakteristik soğurma tepe noktalarının konumunun soğurmasının tespit edilmesiyle belirlenebilir. Bu sensör eskiden büyük bir analitik cihazdı, ancak son yıllarda MEMS teknolojisine dayalı sensör endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, bu sensörün hacmi 10 litreden (45 kg'lık bir Big Mac büyüklüğünden) yaklaşık 2 ml'ye (başparmak büyüklüğünde) kadar küçültülmüştür. Modüle edici ışık kaynağı olmadan kızılötesi dedektör kullanımı, cihazı tamamen mekanik hareketli parçalardan ve bakımdan arındırır. Kızılötesi gaz sensörü, gaz türlerini etkili bir şekilde ayırt edebilir ve gaz konsantrasyonunu doğru bir şekilde ölçebilir.

Bu sensör, karbondioksit ve metan tespiti için başarıyla kullanılmıştır. Bu "sensörün" mevcut tedarikçisi Avrupa'dadır! Çin bu alanda şu anda 'yarı boş' durumdadır!

6. Manyetik oksijen sensörü

Bu, manyetik oksijen analiz cihazının özüdür, ancak aynı zamanda "sensör" sürecini de gerçekleştirmiştir.

Havadaki oksijenin güçlü bir manyetik alan tarafından çekilebileceği prensibine göre hazırlanır.

Bu sensör yalnızca oksijen tespiti için kullanılabilir ve mükemmel seçiciliğe sahiptir. Atmosferdeki NOx bile küçük bir etki yaratabilir, ancak bu girişim gazlarının içeriği genellikle çok düşük olduğundan, manyetik oksijen analiz teknolojisinin seçiciliği neredeyse benzersizdir! (Elbette, belirli bir aralıkta sensör olarak görülebilecek tek bir ölçüm cihazı olan oksijen analiz cihazından bahsediyorum.) Ve saf sensörler şeklinde üretilen bu ürün, yeni bir üründür.

7.Diğerleri

Son yıllarda, yeni teknolojilerin sürekli ortaya çıkmasıyla birlikte, gaz sensörü teknolojisi de buna paralel bir devrim geçiriyor. Gaz sensörlerinin çeşitliliği de giderek artıyor. Ancak, bazı sensörlerin gaz sensörü adı altında listelenip listelenmemesi oldukça tartışmalı bir konu. Örneğin: PID dedektörü, gaz tespiti için de kullanılsa da, boyutu ne kadar küçük olursa olsun, gerçek anlamda bakım gerektirmeyen bir yapıya sahip olmadığı için, boyutu ne kadar küçük olursa olsun, "tespit cihazı" adı altında listelenmelidir.

Ayrıca, optik fiber tabanlı optik sensörler hızla gelişmektedir ve elektronik sensörler için mutlak bir "tehdit" oluşturmasalar da, benzersiz avantajları bir gün çok parlak olabilir. Son olarak, gaz sensörleri satışı yapan iş adamları kendi ticari amaçları için bazen belirli bir sensörün yeteneklerini abartmakta ve sensörlerin sınıflandırılmasını karıştırmaktadır; bu da kullanıcılar tarafından gaz sensörlerinin doğru uygulanmasına engel olmaktadır. Aslında, sensörlerin uygulanması, sensörlerin üretimi kadar ayrı bir konudur.