Типы газовых датчиков и их применение в оборудовании для обнаружения и мониторинга газа.
С развитием нефтехимической промышленности увеличились виды и области применения горючих, взрывоопасных и токсичных газов. Утечка этих газов во время производства, транспортировки и использования приведет к отравлениям, пожарам и даже взрывам, что серьезно поставит под угрозу жизнь людей и безопасность имущества. Из-за диффузионной способности самого газа после утечки газ будет диффундировать по поверхности земли под действием внешней силы ветра и внутреннего градиента концентрации, образуя зону горения или ядовито-опасную зону на месте аварии и расширяя зону поражения. опасная зона.
В случае аварии, связанной с утечкой газа, необходимо как можно скорее принять соответствующие меры, чтобы свести к минимуму ущерб от аварии. Своевременное и надежное обнаружение содержания определенных газов в воздухе, своевременные и эффективные меры по устранению последствий и правильные методы утилизации для уменьшения аварий, вызванных утечкой, являются необходимыми условиями для предотвращения крупных материальных и человеческих жертв. Это выдвигает более высокие требования к оборудованию для обнаружения и мониторинга газов. В качестве важного детектора газа датчик газа получил большое развитие в последние годы. Развитие газовых датчиков делает их применение все более обширным.
Обзор датчика газа
Зарубежные страны начали исследования и разработку датчиков газа в 1930-х годах. В прошлом датчики газа в основном использовались для обнаружения и сигнализации угольного газа, сжиженного нефтяного газа, природного газа и газа в шахтах. В настоящее время типы газов, которые необходимо обнаружить, расширились от исходных газов-восстановителей (H2, C4H10, CH4) до токсичных газов (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Существует много типов газовых датчиков. В зависимости от различных газочувствительных материалов и газочувствительных характеристик их можно разделить на полупроводниковый тип, тип твердого электролита, электрохимический тип, тип контактного горения, тип полимера и т. д.
Полупроводниковый датчик газа
В этом датчике в основном используются полупроводниковые газочувствительные материалы. С момента появления полупроводникового датчика газа на основе оксида металла в 1962 году он получил широкое распространение благодаря своим преимуществам, заключающимся в высокой чувствительности и быстродействии, и стал одним из крупнейших и наиболее широко используемых датчиков в мире. В соответствии с различными способами определения газочувствительной характеристической величины она делится на два типа: резистивный тип и нерезистивный тип.
Резистивный полупроводниковый газовый датчик работает путем обнаружения изменения газового датчика в зависимости от содержания газа. В основном используются металлооксидные керамические газочувствительные материалы. Благодаря исследованиям и разработке новых материалов, таких как композитные оксиды металлов и смешанные оксиды металлов, в последние годы характеристики и диапазон применения этого газового датчика были значительно улучшены. Например: датчик газа WO3 может обнаруживать диапазон концентрации NH3 от 5 до 50 частей на миллион, датчик газа ZnO-CuO очень чувствителен к концентрации CO 200 частей на миллион.
Нерезистивные полупроводниковые газовые датчики работают по принципу, согласно которому ток или напряжение газового датчика изменяются в зависимости от содержания газа. В основном существуют МОП-диоды и переходные диоды, а также газовые датчики с полевой трубкой. Большинство газов обнаружения представляют собой горючие газы, такие как водород и силан.
Датчик газа с твердым электролитом
В твердоэлектролитных газочувствительных элементах в качестве газочувствительных элементов используются твердоэлектролитные газочувствительные материалы. Принцип заключается в том, что газочувствительный материал генерирует ионы при прохождении через газ, тем самым формируя электродвижущую силу, и измеряет электродвижущую силу для измерения концентрации газа. Благодаря высокой проводимости, хорошей чувствительности и селективности этого датчика он широко используется и применяется практически во всех областях нефтехимии, охраны окружающей среды, горнодобывающей промышленности и т. д., уступая только металлооксидным полупроводниковым газовым датчикам. Например, YST-Au-WO3 для измерения H2S, NH плюс 4CaCO3 для измерения NH3 и т. д.
Контактный датчик дымовых газов
Его можно разделить на тип сжигания при прямом контакте и тип каталитического контактного сгорания. Принцип его работы таков: когда на газочувствительный материал подается напряжение, горючий газ окисляется и сгорает под действием катализатора, а выделяющееся тепло нагревает нагревательный провод, тем самым изменяя значение его сопротивления и измеряя изменение сопротивления. для измерения концентрации газа. Этот датчик может измерять только горючие газы и нечувствителен к негорючим газам. Например, датчики, изготовленные путем нанесения активных катализаторов Rh и Pd на платиновую проволоку, обладают характеристиками широкого спектра, то есть могут обнаруживать различные горючие газы. Контактный датчик дымовых газов очень стабилен при температуре окружающей среды и может обнаруживать большинство горючих газов с нижним пределом взрываемости. Он широко используется для мониторинга и сигнализации горючих газов на нефтехимических заводах, верфях, шахтных туннелях, ванных комнатах, кухнях и т. д.
Датчик полимерного газа
Газовые датчики, использующие полимерные газочувствительные материалы, получили большое развитие в последние годы. Когда полимерный газочувствительный материал сталкивается с определенным газом, его физические свойства, такие как сопротивление, диэлектрическая проницаемость, скорость и частота распространения поверхностных акустических волн материала, а также вес материала, изменяются. В основном это фталоцианиновые полимеры, пленка ЛБ, фенилцианин-ацетилен, поливиниловый спирт-фосфорная кислота, полиизобутилен, аминоундецилсилан и т. д. Полимерные газочувствительные материалы играют важную роль в обнаружении токсичных газов и свежести пищевых продуктов благодаря простоте в эксплуатации, простой процесс, хорошая селективность при комнатной температуре, низкая цена и простота комбинации с датчиками микроструктуры и устройствами на поверхностных акустических волнах. По газочувствительным свойствам используемых материалов датчики данного типа можно разделить на: полимерные резистивные газовые датчики, измеряющие концентрацию газа путем измерения сопротивления газочувствительных материалов; датчики газа концентрационного типа, которые измеряют электродвижущую силу для определения концентрации газа путем формирования концентрационной ячейки, когда газочувствительный материал поглощает газ; датчики газа на поверхностных акустических волнах, которые созданы на основе того принципа, что скорость распространения или частота звуковых волн на поверхности материала изменяется после поглощения газа газочувствительным полимером; Датчик полимерного газа обладает высокой чувствительностью к конкретным молекулам газа, хорошей селективностью, простой конструкцией, может использоваться при нормальной температуре и может дополнять недостатки других датчиков газа.
