Úvod do senzorů plynu: Konstrukce, typy a práce

Senzory plynu jsou nejlepší zařízení v moderních technologiích, při monitorování a detekci různých plynů napříč množstvím prostředí.Díky jejich schopnosti přeměnit hladiny plynu na elektrické signály prostřednictvím fyzikálních nebo chemických reakcí je činí cenné pro aplikace od průmyslové bezpečnosti po bezpečnost domácností.

Tento článek diskutuje o různých typech senzorů plynu a zkoumá jejich pracovní zásady, výhody a omezení.Zkoumáním složek a funkcí těchto senzorů, zejména široce používaných senzorů oxidu kovového oxidu, můžeme ocenit jejich význam při zajišťování bezpečnosti, udržování kvality vzduchu a podpoře různých průmyslových procesů.Pochopení praktického využití, kalibrace a údržby těchto senzorů zvyšuje jejich spolehlivost a přesnost, což z nich činí špičkové nástroje v profesionálním i domácím prostředí.

Katalog

Obrázek 1: Senzor plynu

Co je to senzor plynu?

Senzor plynu je zařízení určené k detekci přítomnosti nebo koncentrace plynů v prostředí.Funguje měřením změn odporu jeho vnitřního materiálu, který vytváří rozdíl napětí.Tento rozdíl napětí pomáhá identifikovat a odhadnout typ a množství přítomného plynu.Specifické plyny, které může senzor detekovat, závisí na materiálu, ze kterého je vyroben.

Senzory plynu přeměňují hladiny plynu na elektrické signály prostřednictvím fyzikálních nebo chemických reakcí.Tyto signály jsou zpracovány tak, aby poskytovaly čitelná data.Jsou zvláště užitečné pro detekci toxických a škodlivých plynů, jakož i pro úniky zemního plynu.Senzory plynu měří hořlavé, hořlavé a toxické plyny a dokonce i hladinu kyslíku, což je činí dobré pro sledování bezpečnosti a kvality ovzduší.

Standard pro výkon senzoru plynu

Při výběru plynových senzorů je nutností pečlivě vyhodnotit několik specifikací klíčových měření, aby byla zajištěna jejich účinnost a přesnost v aplikacích pro detekci plynu.Tyto specifikace jsou kritérii pro výkon senzoru, zejména v nastavení, kde je bezpečnost nejvyšší prioritou a systémy řízení procesů.

Doba odezvy

Doba odezvy je interval mezi počátečním kontaktem plynu se senzorem a následným zpracováním signálu senzoru.Tento parametr vyžadující okamžitou detekci plynu, aby se zabránilo nebezpečným incidentům nebo udržovalo integritu procesu.Kratší doba odezvy jsou preferována v prostředích, kde rychlá detekce může snížit rizika, jako jsou chemické rostliny nebo omezené prostory s potenciálním únikem plynu.V praktických operacích je pro detekci náhlých úniků ideální senzor plynu s dobou odezvy kratší než 10 sekund.To umožňuje rychlé reakce, jako je evakuace nebo vypnutí systému.

Obrázek 2: Doba odezvy a zotavení plynového senzoru

Detekční vzdálenost

Detekční vzdálenost je maximální rozsah, ve kterém může senzor efektivně detekovat plyn ze svého zdroje nebo úniku.Tato specifikace diktuje, kde by měly být umístěny senzory, aby bylo zajištěno komplexní monitorování.Ve velkých průmyslových nastaveních musí být senzory umístěny strategicky, aby pokryly celé zařízení, což zajišťuje, že před stupněním na nebezpečné úrovně budou detekovány i drobné emise plynu.Například senzory s detekční vzdáleností 1-2 metry jsou často umístěny poblíž potenciálních bodů úniku, zatímco senzory s větším rozsahem (až 10 metrů) mohou sledovat širší oblasti z centrálních míst.

Průtok

Obrázek 3: Schematické ilustrace snímače toku plynu

Průtok představuje objem vzduchu nebo plynu, který musí protékat přes senzor, aby se vytvořil detekovatelný signál.Aby se zaručila přesná hodnota koncentrace plynu, musí být tato rychlost nastavena správně.Nedostatečné průtoky mohou vést ke zpožděné detekci nebo falešným pozitivům, což ohrožuje bezpečnostní a provozní účinnost.Operátoři mohou upravit ventilační systémy nebo použít pomocné ventilátory k udržení optimálních průtoků napříč senzory.Zajištění průtoku 0,5 až 2 litru za minutu napříč senzorem může významně zvýšit přesnost detekce v prostředích s variabilními podmínkami proudění vzduchu.

Parametr výstupu senzoru

Senzory plynu měří a hlásí detekované plyny v různých formátech, aby vyhovovaly různým monitorovacím potřebám.

Procento LEL (nižší limit výbušniny)

Měří nejmenší koncentraci hořlavého plynu, který může udržet plamen při smíchání se vzduchem a zapálit.Potřebné pro bezpečnost v prostředích s výbušnými plyny.Čtení 0% LEL neoznačuje žádný přítomnost plynu, zatímco 100% LEL znamená, že koncentrace plynu dosáhla svého hořlavého limitu, což představuje významné riziko exploze.Operátoři sledují LEL, aby zajistili, že hladiny plynu zůstávají pod nebezpečnými prahy.Pravidelné kontroly a okamžité opatření na vysoké hodnoty, aby se zabránilo nehodám.

Procento objemu

Vypočítá objem rozpuštěné látky děleno celkovým objemem všech složek, vynásobený 100%.Méně běžné pro detekci plynu, ale užitečné pro aplikace zahrnující interakce plynu-kapaliny.Přesné měření koncentrací plynu v kapalných směsích pomáhá při kontrole kvality a optimalizaci procesů.

Díly na milion (ppm)

Měří koncentrace plynu v PPM, což umožňuje přesné sledování velmi nízké hladiny plynu.Je nutné pro detekci stopových plynů při monitorování environmentálního monitorování a kontrole kvality.Neustálé monitorování zajišťuje dodržování předpisů o bezpečnosti a životním prostředí.Malé výkyvy jsou sledovány, aby bylo možné identifikovat potenciální problémy včas.

Měření úniku (ML/min)

Označuje rychlost, kterou plyn uniká ze systému.Pomáhá identifikovat a kvantifikovat úniky.Použitím těchto informací mohou operátoři zajistit integritu systému, vyhnout se velkým ztrátám a provádět údržbu a opravy včas.

Měření spotřeby (ML/L/HR.)

Odráží rychlost, jakou je plyn spotřebován v procesu.Například vynikající pro použití v průmyslových procesech a biologickém výzkumu.Je možné identifikovat neefektivnost a optimalizovat procesy sledováním míry spotřeby plynu.

Měření hustoty (mg/m³)

Poskytuje vhled do fyzikálních vlastností plynu v daném objemu.Užitečné při kontrole znečištění a hodnocení kvality ovzduší.Zajišťuje dodržování environmentálních standardů a pomáhá při navrhování účinných strategií kontroly znečištění.

Měření podpisu nebo spektra

Nabízí spektrální podpis přítomných plynů, často zobrazených jako chromatogram.Používá se v pokročilých analytických technikách, jako je plynová chromatografie.Podrobná analýza složení a koncentrace plynu pomáhá identifikovat kontaminanty a zajistit čistotu produktu.

Tyto signály jsou zpracovávány tak, aby poskytovaly údaje o koncentracích plynu v reálném čase, což pomáhá automatizovaným řídicím systémům.

SPOLEČNÝ Výstupní signály ze senzorů plynu	Funkce
Analogové napětí	souvislý elektrický signál Zastupování proměnných informací
Pulzní signály	Krátké výbuchy energie použité pro načasování a synchronizace
Analogové proudy	elektrické proudy se liší velikostí zprostředkovat informace
Přepnutí nebo přenosové výstupy	mechanismy, které otevírají nebo uzavírají obvody Ovládejte elektrický tok

Schéma 1: Výstupní signál a funkce senzoru plynu

Typy senzoru plynu založené na pracovních principech

Senzory plynu jsou kategorizovány podle jejich provozních principů.Každý typ má odlišné vlastnosti, výhody a nevýhody, což je činí vhodné pro různé aplikace a prostředí.

Senzor plynu na bázi polovodiče / kovového oxidu

Obrázek 4: Schéma polovodičové části plynového senzoru na bázi oxidu na bázi oxidu kovového oxidu

Obrázek 5: Senzor plynného polovodiče

Tyto senzory identifikují plyny sledováním změn v odporu polovodiče, když přijde do kontaktu s plyny.Obvykle zahrnují složku snímání oxidu kovu, jako je cínový oxid (SNO2), umístěný na substrátu vybaveném elektrodami a topným prvkem.Porézní povaha vrstvy oxidu kovu zvyšuje povrchovou plochu dostupnou pro interakce plynu.Když jsou plyny adsorbovány na tuto vrstvu, dochází ke změnám v elektrické vodivosti senzoru, což zase modifikuje jeho odpor.Tyto senzory jsou zvláště citlivé na rozmanité množství plynů a jsou nákladově efektivní pro výrobu.Nicméně vyžadují rutinní kalibraci a jejich výkon je ovlivněn teplotou a vlhkostí.

Výhody:

• Jednoduchá struktura

• Nízké náklady

• Vysoká citlivost na detekci

• Rychlá reakční rychlost

Nevýhody:

• Malý rozsah měření

• Postižené jinými plyny a teplotou

Elektrochemický senzor plynu

Obrázek 6: Schématické elektrochemické díly senzoru

Obrázek 7: Příklad elektrochemického senzoru pro detekci toxického a hořlavého plynu

Elektrochemické senzory kvantifikují koncentraci plynů oxidací nebo snížením cílového plynu na elektrodě a zaznamenáním proudu, který tento proces generuje.Tato zařízení mají pracovní, pult a referenční elektrody ponořené do elektrolytu, všechny obsažené v malém pouzdru, které zahrnuje membránu propustnou plyn.Plyny procházejí touto membránou a účastní se redoxní reakce na pracovní elektrodě a vytvářejí proud, který je přímo úměrný koncentraci plynu.Tyto senzory, známé pro svou výjimečnou specificitu a přesnost, mohou být ohroženy přítomností jiných plynů a mají tendenci mít konečný provozní život kvůli postupnému vyčerpání jejich aktivních materiálů.

Výhody:

• Rychlá doba odezvy

• Dobrý lineární výstup

• Vysoká přesnost

Nevýhody:

• Potřebujete prostředí bohaté na kyslík

• Konzumujte kapalné elektrolyty

• Změny náchylné k teplotě, vlhkosti a tlaku

Nedisperzní infračervený (NDIR) plynový senzor

Obrázek 8: Schematické díly senzoru NDIR

Obrázek 9: Skutečný senzor NDIR

Senzory NDIR využívají infračervené světlo zdroj a detektor pro stanovení koncentrací plynu prostřednictvím infračerveného vstřebávání.Jsou vybaveny zdrojem infračerveného světla, komorou pro plyn vzorky, filtr vlnové délky a infračervený detektor.Jak se plyny absorbují konkrétní vlnové délky infračerveného světla, detektor senzoru kvantifikuje detektor rozsah této absorpce k posouzení koncentrace plynu.Tyto senzory se mohou pochlubit Vysoká přesnost a dlouhověkost a nejsou náchylná k otravě senzoru. Mají však tendenci být nákladné a jsou omezeny na detekci plynů, které absorbují infračervené světlo.

Výhody:

• Měří plyny jako CO2

• Nevyžaduje kyslík

• Schopnost vysoké koncentrace měření

• Dobrá stabilita a nízké náklady na údržbu

Nevýhody:

• Vysoká spotřeba energie

• Drahé

• Komplexní struktura a požadavky na software/hardware

Senzor katalytického plynu

Obrázek 10: Schematické části katalytického senzoru

Obrázek 11: Příklad katalytického senzoru

Katalytické senzory identifikují hořlavé plyny prostřednictvím katalytické korálky, která mění její odpor během oxidace plynu.Tyto Senzory začleňují korálku potaženého katalyzátorem vedle odkazu prvek, uspořádaný v konfiguraci můstku Wheatstone Bridge v rámci ochranného Obaly.Oxidace hořlavých plynů na povrchu katalyzátoru produkuje teplo, což vede ke změně odporu detekované obvodem.Efektivní v rychle detekují nízké koncentrace plynu, tyto senzory vyžadují Přítomnost kyslíku a může být ohrožena specifickými chemickými látkami.

Výhody:

• Silná odolnost vůči drsným podnebím a jedovatým plynům

• Dlouhá životnost

• Nízké náklady na údržbu

Nevýhody:

• Riziko exploze nebo požáru v temném prostředí

• náchylné k otravě sulfidem a halogenovými sloučeninami

• Větší chyby v prostředích s nízkým obsahem kyslíku

Fotoionizační detektor (PID)

Obrázek 12: Schematické díly PID

Obrázek 13: Příklad PID

Využití fotoionizačních detektorů (PID) Ultrafialové světlo pro ionizaci plynů a měření produkovaného elektrického proudu těmito ionty k posouzení koncentrací plynu.Systém obsahuje UV lampu, Ionizační komora a elektrody.Ionizace molekul plynu spustí An elektrický proud přes elektrody, který přímo koreluje s Koncentrace těkavých organických sloučenin (VOC).PID nabízejí vysokou citlivost na VOC a rychlé detekční schopnosti, i když jsou drahé a jejich výkon může být ovlivněno proměnnými prostředí, jako je vlhkost a teplota.

Výhody:

• Vysoká citlivost

• Žádný problém s otravou

• Může detekovat více než 400 typů těkavých organických plynů

Nevýhody:

• Vysoké náklady na výměnu lampy

• Nelze měřit vzduch, toxické plyny nebo zemní plyn

Senzor plynu tepelné vodivosti

Obrázek 14: Schématické části senzoru tepelné vodivosti

Obrázek 15: Příklad senzoru tepelné vodivosti

Vyhodnotit senzory tepelné vodivosti změny tepelné vodivosti v důsledku různých plynů.Tyto senzory Obvykle zahrnují dva tepelné prvky, jako jsou termistory nebo tepelné vodiče, uspořádané v konfiguraci můstku.Jeden prvek je odhalen do cílového plynu, zatímco druhé rozhraní s referenčním plynem.Změny v Složení plynu mění tepelnou vodivost kolem senzoru a ovlivňuje jeho teplota a odpor.Tato změna je poté kvantifikována obvodem. Tato zařízení jsou přímá, robustní a schopná detekovat mnoho plynů, i když nabízejí menší citlivost a jsou náchylní ke změnám v okolí teplota.

Výhody:

• Široký rozsah detekce

• Dobrá pracovní stabilita

• Dlouhá životnost

• Žádné problémy se stárnutím katalyzátoru

Nevýhody:

• Špatná přesnost detekce

• Nízká citlivost

• náchylný k driftu teploty

Analyzátor plynového chromatografu

Obrázek 16: Díly analyzátoru chromatografu schematického plynu

Obrázek 17: Analyzátor plynového chromatografu skutečný

Analyzátory plynové chromatografie rozlišují a kvantifikujte složky plynové směsi pomocí různých detektorů.Oni sestává z injektoru, chromatografického sloupce, nosného plynového systému a a detektor, všechny umístěné v kontrolovaném nastavení.Jsou zavedeny vzorky plynu přes injektor do sloupce, kde jsou odděleny podle toho, jak Interagují s materiálem sloupce.Oddělené komponenty jsou pak detekováno a měřeno detektorem.Tyto analyzátory nabízejí vysokou přesnost a mohou analyzovat složité směsi, přesto jsou nákladné, poptávka odborníka, manipulace, a jsou těžkopádnější ve srovnání s jinými senzory plynu.

Výhody:

• Vysoká citlivost

• Vhodné pro analýzu mikro a stopy

• Může analyzovat komplexní vícefázové separační plyny

Nevýhody:

• Nelze dosáhnout nepřetržitého vzorkování a analýzy

• Vhodnější pro laboratorní analýzu než sledování plynu průmyslového pole

Senzor plynu na bázi kapacitance

Obrázek 18: Schématické části senzoru založené na kapacitě

Obrázek 19: Senzor založený na kapacitance

Senzory kapacitance identifikují posuny Kapacitance v důsledku změn v dielektrické konstantě plynu absorbovaného na povrch senzoru.Tyto senzory se skládají z kondenzátoru, který zahrnuje dielektrický materiál reaktivní na cílový plyn, obvykle navržený Na platformě MEMS pro zvýšení kompaktnosti.Absorpce molekul plynu modifikuje dielektrickou konstantu, což má za následek změnu kapacity, která je pak kvantifikováno.Zatímco tyto senzory jsou mimořádně citlivé a ideální pro detekce vlhkosti jsou náchylné k vlivám na životní prostředí, jako například teplota.

Výhody:

• Vysoká citlivost

• Rychlá doba odezvy, vhodná pro monitorování v reálném čase

• Nízká spotřeba energie

Nevýhody:

• Dlouhodobé problémy stability

• Křížová citlivost na jiné plyny

• Omezené rozsahy detekce

Senzory plynu na bázi akustických plynů

Obrázek 20: Schématické části senzoru plynu na bázi akustických akustických akustických akustických

Obrázek 21: Akustické senzory na bázi akustických plynů

Akustické senzory fungují na základě Koncept, že změny ve složení plynu ovlivňují rychlost zvuku uvnitř směs.Jsou vybaveny vysílačem a přijímačem zvukové vlny uvnitř komory nebo podél cesty, kde může směs plynu interagovat s Zvukové vlny.Změny v akustických vlastnostech v důsledku této interakce jsou zaznamenány a analyzovány.Tyto senzory nabízejí neinvazivní monitorování a rychlé detekce změn, přesto mohou čelit výzvám s přesností a často potřebují pravidelnou kalibraci.

Výhody:

• Detekovat nervové a blistrové látky

• Bez baterie, vhodné pro bezdrátové aplikace

• použitelné v drsných a rotujících částech

Nevýhody:

• Těžko zvládnutelné během výroby kvůli malé velikosti

Senzor kalorimetrického plynu

Postava 22: a) Schematické ilustrace struktury a pracovního principu zařízení a (b) fotografie zařízení kalorimetrického TGS.(C) Schematické a fotografie měřicího systému pro zařízení Calorimetric-TGS.

Kalorimetrické senzory detekují změny tepla vyplývající z chemických reakcí mezi cílovým plynem a specifickým činidlo.Tato zařízení jsou vybavena reakční komorou obsahující a Katalyzátor nebo činidlo, které po reakci s plynem generuje teplo.Tento Zvýšení nebo snížení teploty se pak měří integrovanou teplotní senzor.Zatímco tyto senzory jsou zvláště účinné detekce určitých plynů mají tendenci vykazovat pomalejší reakční časy a méně citlivost než jiné typy senzorů.

Výhody:

• Rychlá doba odezvy pro monitorování v reálném čase

• Jednoduchý design

• Dlouhodobá stabilita a spolehlivost

• Nízká spotřeba energie

Nevýhody:

• Katalyzátory mají omezenou životnost a mohou degradovat

• Pomalejší doba odezvy pro velmi nízké koncentrace plynu

Senzor magnetického plynu

Postava 23: Magnetické účinky použité pro výrobu zařízení s plynem.(A) Hall Effect, (b) Kerrův efekt.c) účinek feromagnetické rezonance (FMR). (d) Magneto-plazmonický účinek.e) Magnetický moment nebo spin efekt.(F) Účinek magnetostatického spin-wave (MSW).

Obrázek 24: Magnetický senzor skutečný

Magnetické senzory využívají magnetické charakteristiky specifických plynů, jako je kyslík, k určení jejich koncentrace.Tato zařízení mají magnetické materiály, které mění jejich Magnetické vlastnosti, když jsou vystaveny určitým plynům.Tyto změny jsou detekovány senzorem magnetického pole integrovaného do jednotky.Modifikace v Měří se magnetické vlastnosti způsobené přítomností cílového plynu a analyzováno.Magnetické senzory nabízejí vysokou stabilitu a jsou do značné míry nepropustné rušení z jiných plynů.Mohou však detekovat pouze paramagnetické plyny a mají tendenci být sofistikovanější a dražší.

Výhody:

• Neinvazivní operace

• Rychlá detekce a monitorování v reálném čase

• Některé typy nevyžadují vnější sílu

Nevýhody:

• Složité a drahé

• Vyžadovat časté kalibraci

• Může měřit pouze plyny se specifickými magnetickými vlastnostmi

• Neschopné pro externí magnetická pole a změny teploty

Komponenty senzoru plynu oxidu kovového oxidu

Obrázek 25: Schematické komponenty senzoru plynu oxidu kovového oxidu

Vrstva snímání plynu: Vrstva snímání plynu je jádrem senzoru a detekuje změny koncentrace plynu.Působí jako chemiresistor a mění se odolnost, když je vystaven specifickým plynům.Obvykle vyrobeno z cínového oxidu (SNO₂), který má přebytek elektronů (prvky donoru), mění odpor v přítomnosti toxických plynů.Tato změna odporu ovlivňuje proudový tok, koreluje s koncentrací plynu, což způsobí, že vrstva snímání plynu pro přesnou detekci plynu.

Cívka ohřívače: Cívka ohřívače zvyšuje citlivost a účinnost vrstvy plynu tím, že ji udržuje při vysoké teplotě.Vyrobeno z nikl-chromium, známé pro svůj vysoký bod tání, zůstává stabilní při konstantním teplu.Toto zahřívání aktivuje vrstvu snímání plynu, což umožňuje lépe reagovat na plyny.Cívka ohřívače zajišťuje optimální výkon senzoru důsledkem poskytování tepelné energie.

Elektrodová čára: Linie elektrody účinně přenáší malé proudy z vrstvy snímání plynu.Postaveno platině, ceněné za jeho vodivost, zajišťuje přesný proudový přenos a měření.Tento účinný pohyb elektronů je dobrý pro přesnost senzoru při detekci plynu.

Elektroda: Elektroda spojuje výstup vrstvy plynu k elektrodové linii.Vyrobeno ze zlata (AU - Aurum), vrchního vodiče, zajišťuje minimální odpor a efektivní přenos proudu.Toto připojení je důležité pro přesná měření koncentrace plynu, což umožňuje přenos bezproblémového elektrického signálu z snímacího prvku na výstupní svorky.

Tubulární keramika: Tubulární keramika, obvykle vyrobená z oxidu hliníku (al₂o₃), sedí mezi topnou cívkou a vrstvou snímání plynu.Jeho vysoký bod tání podporuje proces spálení snímací vrstvy, udržuje vysokou citlivost a účinný výstupní proud.Tubulární keramika nabízí strukturální stabilitu a tepelnou izolaci, chrání vnitřní části senzoru a zvyšuje trvanlivost a výkon.

Síť nad snímacím prvkem: Kovová síť zakrývá snímací prvek, chrání citlivé komponenty od prachu a korozivních částic.Tato síť chrání senzor před vnějšími kontaminanty a udržuje integritu a dlouhověkost vrstvy snímání plynu.Filtrováním škodlivých částic zajišťuje, že senzor funguje přesně a spolehlivě po dlouhou dobu.

Jak fungují senzory plynu?

Základní technologie

Senzory plynu používají chemiresistor, obvykle vyrobený z oxidu cínu (SNO2).SNO2 je polovodič typu N, který má mnoho volných elektronů, které jsou dobré pro vedení elektřiny.

Funkce v čistém vzduchu

V čistém vzduchu se molekuly kyslíku z atmosféry připojují k povrchu SNO2.Tyto molekuly kyslíku zachycují volné elektrony od SNO2 a vytvářejí bariéru, která zastavuje proudový tok.Výstup senzoru je proto nulový nebo na základní linii.

Reakce na toxické nebo hořlavé plyny

Když jsou tyto plyny vystaveny toxickým nebo hořlavým plynům, reagují s kyslíkem na povrchu SNO2 a uvolňují zachycené elektrony.Toto zvýšení volných elektronů zvyšuje vodivost SNO2.Úroveň této změny vodivosti odpovídá koncentraci plynu.

Jak používat plynový senzor?

Obrázek 26: Modul senzoru plynu a 4 terminály

Základní senzor plynu má šest terminálů: čtyři pro vstup/výstup (označený A, A, B, B) a dva pro zahřívání cívky (označené H, H).Vstupní/výstupní svorky lze použít zaměnitelně.Senzory plynu často přicházejí jako moduly, které zahrnují samotný senzor a komparátor IC.Tyto moduly mají obvykle čtyři terminály: VCC (napájení), GND (zem), digitální výstup (signál označující přítomnost plynu) a analogový výstup (kontinuální napětí označující koncentraci plynu).

Zvyšování výstupu senzoru

Protože samotný senzor plynu vytváří malý výstup (v milivoltech), je zapotřebí externího obvodu k přeměně tohoto výstupu na digitální signál.Tato konverze používá komparátor (obvykle LM393), nastavitelný potenciometr a další rezistory a kondenzátory.Komparátor LM393 vezme výstup senzoru, porovná ho s referenčním napětím a poskytuje digitální výstup.Potentiometr nastavuje úroveň koncentrace plynu, která spouští vysoký výstup.

Schéma základního obvodu modulu senzoru plynu

Obrázek 27: Schéma základního obvodu senzoru plynu v modulu senzoru plynu

Obvod senzoru plynu zahrnuje vstupní/výstupní svorky (A a B) a terminály ohřívače (H).K aktivaci senzoru musí dostávat dostatečné napětí.Bez tohoto vstupního napětí je výstupní proud zanedbatelný.Po napájení může snímací vrstva detekovat plyny.

Žádný přítomnost plynu:

Odolnost vůči snímací vrstvě zůstává nezměněna, což vede k minimálnímu výstupnímu proudu.

Přítomnost plynu:

Předem zahřívaná cívka usnadňuje detekci změnou odporu materiálu a změní proud proudu při odporu zatížení (RL).

Hodnota RL, obvykle mezi 10 kΩ až 47 kΩ, je kalibrována na základě požadované citlivosti na koncentraci plynu.Hodnoty nižší rezistence snižují citlivost, zatímco vyšší hodnoty odporu zvyšují citlivost.Obvod také zahrnuje OP-AMP LM393, který převádí analogový signál na digitální signál.Postentiometr na palubě 10K umožňuje nastavení citlivosti modulu senzoru.Dvě LED poskytují vizuální indikátory: jeden pro napájení (označující je napájení desky) a jedna pro spouštění (označování prahu nastavení bylo dosaženo).Odpojující kondenzátory snižují hluk a zajišťují stabilní a přesné hodnoty senzorů.

Nejoblíbenější senzory plynu

Série MQ série polovodičových plynových senzorů, včetně modelů jako MQ-2, MQ-3, MQ-4, MQ-5, MQ-6, MQ-7, MQ-8, MQ-9, MQ-131, MQ-135, MQ-136, MQ-137, MQ-138, MQ-214, MQ-303A, MQ-306A a MQ-309A, jsou dobře hodnoceny pro jejich spolehlivost a přesnost v různých aplikacích.Tyto senzory splňují širokou škálu environmentálních a průmyslových požadavků.

Obrázek 28: Tabulka různých typů senzoru plynu

MQ-2: Detekuje hořlavé plyny a kouř.

Předehřejte senzor po dobu 24 hodin.Kalibrace se známou koncentrací cílového plynu, jako je 1000 ppm metanu.Upravte odpor zatížení na základě výstupního napětí.

Sledujte pomalé zvýšení odporu, když se vnitřní topení stabilizuje.Zajistěte, aby se snímač plně zahřál před provedením odečtů, aby se zabránilo nepřesnosti.

MQ-3: Detekce alkoholu, často používaných u dechových analyzátorů.

Zahřejte senzor po dobu nejméně 48 hodin před počátečním použitím.Kalibrujte 0,4 mg/l alkoholu ve vzduchu.Upravte odpor zatížení tak, aby odpovídal konkrétním potřebám aplikace.

Během kalibrace a úpravy intervalů na základě stability.Zaznamenejte okolní teplotu a vlhkost, protože ovlivňují přesnost.

MQ-4: Detekce metanu a zemního plynu.

Předehřejte 24 hodin.Kalibrujte v kontrolovaném prostředí s metanem 5000 ppm.Podle toho upravte odpor zatížení.

Pečlivě monitorujte dobu odezvy.Pomalá odezva může naznačovat problémy s topnou nebo teplotní stabilitou v prostředí.

MQ-5: Detekce LPG, zemního plynu a uhelného plynu.

Podobně jako MQ-4, ale kalibrace pro více plynů pomocí specifických koncentrací.

Udržujte stabilní prostředí během kalibrace.Kolísání teploty může způsobit významné změny odečtů.

MQ-6: Detekuje LPG, butan, isobutan a propan.

Předehřejte a kalibrace jako u MQ-5.Zajistěte správnou ventilaci, aby se zabránilo koncentracím nebezpečného plynu během kalibrace.

Věnujte pozornost doba zotavení senzoru po vystavení vysokým koncentracím plynu.Prodloužená expozice může senzor nasytit, což vyžaduje delší dobu zotavení.

MQ-7: Detekce oxidu uhelnatého.

Předehřejte 48 hodin.Kalibrace v prostředí 100 ppm CO.Upravte odpor zatížení tak, aby odpovídal požadované citlivosti.

Pozorujte chování při kolísajících teplotách, protože senzory CO jsou citlivé na změny teploty.V případě potřeby implementovat algoritmus kompenzace.

MQ-8: Detekce vodíkového plynu.

Předehřejte 24 hodin.Kalibrace v vodíkovém prostředí 1000 ppm.Upravte odpor zatížení pro optimální výkon.

Zajistěte, aby kalibrační prostředí bylo bez jiných plynů a kontaminantů, protože senzory vodíku jsou vysoce citlivé na kontaminaci.

MQ-9: Detekuje oxid uhelnatý a hořlavé plyny.

Předehřejte 48 hodin.Kalibrujte samostatně pro CO a hořlavé plyny pomocí známých koncentrací.Upravte odpory zatížení pro každou detekci plynu.

Zajistěte, aby kalibrace pro jeden plyn nezasahovala do citlivosti na druhou.Zaměřte se na schopnost detekce duálního plynu.

MQ-131: Detekce ozonu.

Předehřejte 24 hodin.Kalibrace v prostředí ozonu 0,1 ppm.Podle toho upravte odpor zatížení.

Pravidelně kontrolujte citlivost na senzor a rekalibrujte, protože senzory ozonu se mohou v průběhu času degradovat s expozicí vysokým koncentracím.

MQ-135: Senzor kvality vzduchu detekující NH3, NOX, alkohol, benzen, kouř a CO2.

Předehřejte 24 hodin.K kalibraci pro každý specifický plyn použijte různá prostředí s kontrolovaným plynem.

Udržujte podrobné záznamy o nastavení kalibrace pro každý typ plynu.Pravidelná rekalibrace je dobrá pro udržení přesnosti v důsledku širokého rozsahu detekovatelných plynů.

MQ-136 na MQ-309A: Každý senzor zaměřuje specifické plyny a má podobnou kalibraci, jak je popsáno jako MQ-135.

Předehřejte po dobu 24 hodin a k kalibraci pro každý specifický plyn použijte různá prostředí s kontrolovaným plynem.

Porozumět konkrétní citlivosti a křížové citlivosti každého senzoru.Pravidelná údržba, kalibrace a kontrola životního prostředí jsou klíčové pro optimální výkon.

Aplikace senzoru plynu

Průmyslová bezpečnost: V průmyslovém prostředí monitorují senzory plynu toxické plyny, jako je oxid uhelnatý, metan a sirovodík.Tyto senzory jsou instalovány v oblastech náchylných k únikům, jako jsou chemické rostliny, výrobní jednotky a skladovací zařízení.Působí nepřetržitě a odesílají data v reálném čase do centrálního řídicího systému.Když hladiny plynu překračují prahové hodnoty nastavení, systém spustí poplachy a automatické vypnutí, aby se zabránilo rizikům.Operátoři rutinně kalibrace těchto senzorů, provádějící kontroly pole a kalibrace nulového rozpětí, aby byla zajištěna přesnost.

Bezpečnost domácnosti: Doma detekují plynové senzory úniky zemního plynu nebo propanu, zabraňují explozi nebo otravě.Tyto senzory jsou často součástí inteligentních domácích systémů, upozorňují majitele domů prostřednictvím chytrých telefonů nebo kontaktují pohotovostní služby.Obvykle jsou instalovány v kuchyních, suterénech nebo v blízkosti plynových spotřebičů.Majitelé domů by měli tato zařízení pravidelně testovat a nahradit baterie podle potřeby, aby je udrželi v provozu.

Průmysl ropy a plynu: Na ropných soupravách monitorují plynové senzory těkavé organické sloučeniny (VOC) a další nebezpečné plyny.Tyto senzory jsou postaveny tak, aby odolaly tvrdým pobřežním podmínkám, jako jsou extrémní teploty a vlhkost.Jsou součástí většího bezpečnostního systému, který zahrnuje ovládání větrání a mechanismy nouzového vypnutí.Denní inspekce zajišťují, že senzory nejsou bez kontaminantů a správně fungují, s úpravami na místě pomocí přenosných kalibračních zařízení.

Odvětví pohostinství: V hotelech vynucují plynové senzory politiky bez kouření detekcí cigaretového kouře a spouštěním ventilačních systémů nebo alarmů.Tyto senzory, které jsou diskrétně nainstalovány v pokojích a společných prostorech, pomáhají řízení hotelu okamžitě řešit porušení a udržovat bezkuřácké prostředí.Pravidelná údržba kontroluje čisté senzory a ověřuje jejich citlivost na částice kouře.

Kancelářské prostředí: V kancelářských budovách monitorují senzory plynu kvalitu vnitřního vzduchu a zaměřují se na znečišťující látky, jako je oxid uhličitý, VOC a částice.Tyto senzory integrované do systémů HVAC regulují tok vzduchu, aby zajistily zdravý pracovní prostor.Manažeři zařízení analyzují data senzorů pro optimalizaci ventilace, snižování nákladů na energii při zachování kvality ovzduší.Pro zvýšení výkonu senzoru se provádí pravidelná kalibrace a aktualizace softwaru.

Systémy klimatizace: Senzory plynu v klimatizačních jednotkách Spravují hladiny CO2 a zlepšují kvalitu vnitřního vzduchu.Součástí automatizovaného systému upravují rychlosti ventilace na základě koncentrací CO2 v reálném čase.Technici kontrolují funkčnost senzorů během rutinní údržby, aby zajistili přesné hodnoty a optimální kvalitu ovzduší.

Systémy detekce požáru: Senzory plynu v systémech detekce požáru identifikují kouř a toxické plyny, jako je oxid uhelnatý včas.Poskytují varování a umožňují včasnou evakuaci a opatření na kontrolu požáru.Personál požární bezpečnosti pravidelně testuje tyto systémy simulací kouřových podmínek, aby byla zajištěna citlivost a spolehlivost senzoru.

Těžební operace: Při těžbě plynových senzorů detekuje nebezpečné plyny, jako je metan a oxid uhelnatý, pro bezpečnost pracovníků.Tyto senzory jsou součástí síťového bezpečnostního systému a poskytují nepřetržité monitorování a automatické úpravy větrání.Horníci také nesou přenosné detektory plynu jako další bezpečnostní opatření.Pravidelné školení o použití senzoru a postupů reakce na mimořádné situace zajišťuje připravenost.

Analyzátory dechu: Senzory plynu v analyzátorech dechu měří obsah alkoholu v krvi (BAC) detekcí ethanolu v dechu.Tato zařízení, která používají vymáhání práva a jednotlivci pro monitorování, vyžadují kalibraci se známými ethanolovými standardy pro udržení přesnosti.Uživatelé sledují přísné protokoly, jako je zajištění toho, aby zařízení bylo na správné teplotě a zabránilo kontaminaci, aby zajistily spolehlivé výsledky.

Závěr

Jak technologie postupuje, senzory plynu se stávají silnějšími a širokými, zvyšují jejich výkon a vytvářejí je v mnoha oblastech, včetně průmyslové bezpečnosti a bezpečnosti domácností.Pochopení toho, jak fungují senzory plynu a jak je udržovat, zdůrazňuje jejich technický význam a jejich významný přínos k ochraně životů a zlepšení kvality našeho okolí.Ať už jsou v továrnách, domech nebo veřejných prostorech, senzory plynu jsou klíčem k bezpečnější a zdravější budoucnosti.Jak technologie postupuje, senzory plynu se stávají více pokročilými a dobře rozvinutými, zvyšují jejich výkon a činí je v mnoha oblastech, včetně průmyslové bezpečnosti a bezpečnosti domácností.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Co jsou senzory plynu?

Senzor plynu je zařízení, které detekuje přítomnost a koncentraci plynů ve vzduchu.Převádí chemické informace z plynu na elektronický signál, který lze měřit a analyzovat.

2. Jaký je účel senzoru plynu?

Primárním účelem plynového senzoru je monitorovat a detekovat úniky plynu nebo přítomnost nebezpečných plynů.Pomáhá zajistit bezpečnost poskytováním včasných varování o nebezpečné hladině plynu, prevenci nehod a zajištění dodržování bezpečnostních předpisů.

3. Jaké jsou výhody senzoru plynu?

Senzory plynu jsou zařízení, která detekují a měří koncentrace plynu ve vzduchu, což zajišťuje bezpečnost poskytováním včasných varování o nebezpečných plynech.Jsou přesné, nabízejí přesná měření a zvyšují bezpečnost v různých prostředích včasné detekci.Senzory plynu mohou být integrovány do automatizovaných systémů pro nepřetržité monitorování, což snižuje potřebu manuálních inspekcí a snižování nákladů na práci.Jejich všestrannost jim umožňuje detekovat širokou škálu plynů, což je činí vhodnými pro mnoho aplikací, od průmyslových závodů a monitorování životního prostředí po bezpečnost obytných a lékařských nastavení.Příkladem je senzor oxidu uhelnatého v domácnostech, který upozorňuje cestující na nebezpečnou úroveň CO plynu.

4. Kde se používají senzory plynu?

Senzory plynu se široce používají napříč různými průmyslovými odvětvími a nastaveními, včetně monitorování plynů ve výrobních závodech, rafinériích a chemických závodech, aby byla zajištěna průmyslová bezpečnost.Měření kvality ovzduší a detekce úrovní znečištění pro ochranu životního prostředí.Detekce oxidu uhelnatého a úniku zemního plynu v domácnostech pro bezpečnost obytných.Monitorování respiračních plynů v prostředí zdravotní péče.A detekce emisí plynu ve vozidlech, aby bylo zajištěno dodržování environmentálních standardů.

5. Jaký je příklad senzoru plynu?

Běžným příkladem plynového senzoru je senzor oxidu uhelnatého (CO) používaný v domácnostech.Tento senzor detekuje CO plyn, který je bezbarvý a bez zápachu, a poskytuje poplach, pokud jsou přítomny nebezpečné úrovně, aby se zabránilo otravě.

6. Jak zpracovat senzor plynu?

Plynový senzor funguje tak, že je vystaven cílovému plynu, který interaguje s detekčním materiálem senzoru, což způsobuje chemickou reakci, která mění vlastnosti senzoru.Tato změna je převedena na elektronický signál, který je poté zpracován a měřen tak, aby poskytoval čitelný výstup, jako je numerická hodnota nebo alarm.Například senzor oxidu uhelnatého v domě nepřetržitě monitoruje vzduch.Pokud je detekován plyn CO, reaguje se senzorem a vytváří elektronický signál, který spustí poplach, pokud jsou hladiny CO příliš vysoké, varuje vás před nebezpečím.