Selitä kaasuilmaisimien havaitsemisperiaate yksityiskohtaisesti
Kaasunilmaisin on laite, joka on erityisesti suunniteltu tunnistamaan kaasujen turvallinen pitoisuus. Sen toimintaperiaatteena on pääasiassa kaasuantureiden keräämien fysikaalisten tai kemiallisten ei-sähköisten signaalien muuntaminen sähköisiksi signaaleiksi ja sitten yllä olevien sähköisten signaalien tasaaminen ja suodattaminen ulkoisten piirien kautta. Prosessoituja signaaleja ohjataan sitten vastaavilla moduuleilla kaasun havaitsemiseksi. Kaasunilmaisimen ydin on kuitenkin sisäänrakennettu anturikomponentti, joka erottaa tunnistustekniikan periaatteet havaittujen eri kaasujen perusteella. Sen periaatteet on jaettu pääasiassa seuraaviin kuuteen luokkaan:
1) Katalyyttisen palamisen periaate:
Katalyyttinen paloanturi hyödyntää katalyyttisen palamisen lämpövaikutusperiaatetta, joka koostuu mittaussillasta, joka muodostuu yhdistämällä ilmaisinelementit ja kompensointielementit. Tietyissä lämpötilaolosuhteissa palava kaasu palaa liekettömästi ilmaisinelementin alustan pinnalla ja katalyytin vaikutuksesta. Kantoaineen lämpötila nousee ja platinalangan resistanssi sen sisällä kasvaa myös vastaavasti, jolloin tasapainosilta menettää tasapainon ja tuottaa palavan kaasun pitoisuuteen verrannollisen sähköisen signaalin. palavien kaasujen pitoisuus voidaan määrittää.
Käytetään pääasiassa palavien kaasujen havaitsemiseen, hyvä lähtösignaalin lineaarisuus, luotettava indeksi, edullinen hinta ja ei ristiininfektiota muiden palamattomien kaasujen kanssa.
2) Infrapunaperiaate:
Infrapuna-anturi ohjaa jatkuvasti mitattavaa kaasua tietyn pituisen ja tilavuuden omaavan säiliön läpi ja lähettää infrapunavalosäteen säiliön kahdesta läpinäkyvästä päätypinnasta. Kun infrapuna-anturin aallonpituus on sama kuin mitatun kaasun absorptiospektri, infrapunaenergia absorboituu ja mitatun kaasun läpi kulkevan infrapunavalon intensiteetin vaimennus täyttää Lambert Beerin lain. Mitä korkeampi kaasupitoisuus, sitä suurempi valon vaimennus. Tässä vaiheessa infrapunavalon absorptio on suoraan verrannollinen absorboivan materiaalin pitoisuuteen ja siten kaasupitoisuus voidaan mitata mittaamalla kaasun infrapunavalon vaimennus.
Pitkä käyttöikä (3-5 vuotta käyttöikä), korkea herkkyys, hyvä vakaus, ei myrkyllisyyttä, vähemmän häiriöitä ympäristöstä eikä riippuvuutta hapesta. Infrapunakaasuantureilla on korkea valvontaherkkyys, ja ne voivat erottaa tarkasti jopa pienet määrät PPB:tä tai pienet pitoisuudet PPM-luokan kaasuja. Mittausalue on laaja, ja sillä voidaan yleensä analysoida korkean pitoisuuden 100-prosenttista VOL-kaasua sekä analysoida 1 ppb:n matalan pitoisuuden analyysiä.
3) Sähkökemialliset periaatteet:
Sähkökemialliset anturit koostuvat tyypillisesti kolmesta osasta: elektrodeista, elektrolyyteistä ja puolijohdeelektrodeista, jotka ovat anturin ydinkomponentteja. Ne on valmistettu metalli- tai puolijohdemateriaaleista ja voivat reagoida kemiallisesti kaasumolekyylien kanssa. Elektrolyytti on johtava neste, joka voi yhdistää elektrodeja puolijohteisiin muodostaen täydellisen piirin. Puolijohde on erikoismateriaali, joka voi muuntaa elektrodin ja elektrolyytin välisen virtasignaalin digitaaliseksi signaaliksi, jolloin saadaan aikaan kaasupitoisuuden havaitseminen.
Sähkökemiallisten kaasuanturien toimintaperiaate perustuu redox-reaktioihin. Kun kaasumolekyylit joutuvat kosketuksiin elektrodin pinnan kanssa, ne käyvät läpi hapetus-pelkistysreaktion, joka tuottaa virtasignaalin. Tämä virtasignaali voidaan lähettää puolijohteeseen elektrolyytin kautta ja muuntaa sitten digitaaliseksi signaaliksi. Digitaalisen signaalin koko on suoraan verrannollinen kaasupitoisuuteen, joten kaasupitoisuus voidaan määrittää mittaamalla digitaalisen signaalin koko.
Käytetään pääasiassa myrkyllisten kaasujen havaitsemiseen, korkea herkkyys, nopea vastenopeus, hyvä luotettavuus ja pitkä käyttöikä. Se voi havaita erilaisia kaasuja, kuten hiilimonoksidia, hiilidioksidia, happea, typpeä jne. Sillä on laajat sovellukset teollisuudessa, terveydenhuollossa, ympäristönsuojelussa ja muilla aloilla.
4) PID-valoionisaatioperiaate:
PID:n periaate on, että orgaaniset kaasut ionisoituvat UV-valonlähteen virittyessä. PID käyttää UV-lamppua (ultravioletti), ja orgaaninen aines ionisoituu UV-lampun virittyessä. Ionisoidut "fragmentit" kuljettavat positiivisia ja negatiivisia varauksia, mikä johtaa sähkövirtaan kahden elektrodin välillä. Ilmaisin vahvistaa virtaa ja näyttää VOC-kaasupitoisuuden instrumenttien ja laitteiden avulla.
Käytetään pääasiassa jalostusteollisuuden valvontaan, vaarallisten kemikaalien vuotojen hätäkäsittelyyn, vaarallisten alueiden määrittelyyn, öljysäiliöasemien turvallisuusseurantaan ja orgaanisen aineksen päästöjen puhdistustehokkuuden seurantaan.
5) Lämmönjohtavuuden periaate:
Mitatun kaasun pitoisuuden analyysi saavutetaan pääosin mittaamalla seoskaasun lämmönjohtavuuden muutosta. Yleensä kaasuanturin lämmönjohtavuuden ero muunnetaan resistanssin muutokseksi piirin kautta. Perinteinen tunnistusmenetelmä on lähettää testattava kaasu kaasukammioon, jossa kaasukammion keskipisteenä on lämpöherkkä elementti, kuten lämpöherkkä vastus, platinalanka tai volframilanka. Kun se kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, sekoitetun kaasun lämmönjohtavuuden muutos muunnetaan lämpöherkän elementin resistanssin muutokseksi. Resistanssiarvon muutos on suhteellisen helppo mitata tarkasti.
6) Puolijohdeperiaatteet:
Puolijohdekaasuanturit valmistetaan hyödyntämällä puolijohteiden pinnalla olevan kaasun hapetus-pelkistysreaktiota aiheuttamaan muutoksia herkkien komponenttien resistanssiarvoon. Kun puolijohdelaite kuumennetaan stabiiliin tilaan ja adsorboituu kaasun kosketuksessa puolijohteen pintaan, adsorboituneet molekyylit diffundoituvat ensin vapaasti kohteen pinnalle menettäen kineettistä energiaansa. Jotkut molekyylit haihtuvat, kun taas muut molekyylit läpikäyvät lämpöhajoamisen ja adsorption kohteen pinnalla. Kun puolijohteen työfunktio on pienempi kuin adsorboituneen molekyylin affiniteetti, adsorboitu molekyyli ottaa elektroneja pois laitteesta ja muuttuu negatiiviseksi ioniadsorptioksi, jolloin puolijohteen pinnalle muodostuu varauskerros.
