سنسور های تشخیص گازها

مفهوم و پایه

یک حسگر گاز، تعامل مولكولهای گاز هدف با ساختار
حسگر، یک یا چند مشخصه فیزیكی حسگر )جرم، رسانایی، ظرفیت
خازنی، ...( را تغییر می دهد. با تبدیل این تغییرات به سیگنال الكتریكی،
پاسخ حسگر به گاز مورد نظر حاصل میشود.

در گذشته نیز روش های مختلفی برای تشخیص گاز انجام می شد

به طور مثال در اوایل قرن بیستم، روشهای متفاوتی از آشكارسازی گاز مورد توجه قرار گرفته در معادن زغال سنگ به کار گرفته شدند. از جمله این روشها، استفاده از پرندگانی چون قناری در قفس بود.

وجود گازهای سمی، قبل از اینکه صدمهای به انسان بزند، میل به حرکت و آواز پرنده را کاهش داده در نهایت باعث مرگ پرنده میشد. مشاهده رفتارهای غیر عادی حیوان، به عنوان سیگنال هشدار دهنده ای برای خروج اضطراری کارگران از معدن تلقی میشد.

دتکتورهای نشست گاز یا آشکارساز های گاز میزان تجمع یک گاز مشخص مثلا کربن در اکسید را در فضا تشخیص می دهند .

و در صورتی که مقدار قابل توجهی گاز (که خود ما در برنامه ریزی سنسور در نظر گرفتیم)نشت پیدا کند آشکارساز گاز با تجهیزات صوتی یا بصری مثل آلارم ،چراغ و یا ترکیبی از این ها هشدا می دهد. حتی با نصب برنامه بر روی گوشی موبایل میتوان هشدار نشت گاز را اعلام کرد که اگر فرد در آن محل هم نباشد مطلع شود.

باید این نکته را بدانیم که واحد سنجش غلظت و تراکم گاز هاppm یعنی part per million به معنا  یک قسمت در میلیون است.

و هر چه بخواهیم که حساسیت کار را بالا ببریم از واحد های دیگری نیز استفاده می شود مثلا برای گاز های انفجاری واحد vol یا درصد حجمی و LEL که مخفف low explosion level به معنای حداقل سطح انفجار بوده و واحد هر دوی آن ها به درصد است.

 

اولین تلاشها در زمینه حسگرهای الكتروشیمیایی گاز در سال  1963توسط گوتو  و همكارانش گزارش شده است. آنها نشان دادند که یک سلول الكتروشیمیایی، متشكل از دو الكترود فلزی از دو جنس متفاوت و یک الكترولیت جامد، نیروی محرکه ی پایداری را تولید میکند که مرتبط به فشار جزئی اکسیژن در محیط است. نشان داده شد که با
اندازه گیری اختلاف پتانسیل به وجود آمده بین این دو الكترود میتوان تراکم گاز اکسیژن را در محیط آشكار نمود. در سال 1976 ، برپایه این ساختار، شرکت بوش حسگری را به بازار ارائه نمود که ترکیب بهینه ی سوخت و اکسیژن را در کاربراتور اتومبیل تعیین می نمود.

انواع سیستم های هشدار دهنده نشت گاز

سنسور های الکتروشیمیایی

  • موادی در گازها و مایعات می‌توانند به‌طور الکتروشیمیایی شناسایی شوند که واکنش‌های آن‌ها در داخل سل الکتروشیمیایی یا اگر در آن‌ها واکنش‌های نفوذی اتفاق افتاده در سل باشند.
  • یک سل الکتروشیمیایی شامل یک الکترولیت ، یک الکترود اندازه گیرنده ، یک الکترود همراه و یک الکترود شاهد است.

سنسور های هادی

  • در این سنسورها و هشدار دهنده نشت گاز تأثیر متقابل گاز با جامد ( اکسید فلزی نیمه هادی آلی ) موجب تغییر در هدایت می‌شود.
  • یک تغییر در مقاومت همچنین می‌تواند موجب تغییر در دمای مواد سنسور شود.
  • این سنسور ها وهشدار دهنده نشت گاز دارای حساسیت بالا هستند و زمان‌های پاسخ در حد دقیقه دارند. با وجود این ، آن‌ها درجه نسبتاً بالایی از حساسیت جنبی را نشان می‌دهند .
سنسورهای نیمه هادی :
  • در این نوع سنسورها و هشدار دهنده نشت گاز تغییرات در لایه دوگانه الکتریکی در یک مرز عایق / فاز فلزی برای اندازه گیری استفاده می‌شود.
  • این سنسورها و هشدار دهنده نشت گاز به‌ویژه برای تشخیص H2 در دمای اتاق مناسب هستند.
  • فلز مورد استفاده شده معمولاً در این سنسورها پالادیم است.
  • زمینه اصلی کاربرد سنسورهای و هشدار دهنده نشت گاز نیمه هادی، به‌طور خانگی، سیستمهای اخطار برای تشخیص CO، تشخیص H2S در پالایشگاه‌ها، برای آزمایش میزان الکل در تنفس و برای اندازه‌گیری رطوبت نسبی کاربرد دارد.
  • در سنسورهای و هشدار دهنده نشت گاز نیمه هادی از یک هیتر در ابعاد بسیار کوچک (کمتر از یک میلی‌متر) برای انتخاب پذیر نمودن فعالیت سنسور استفاده می‌شود.

 

سنسورهای مادون قرمز :

  • تکنولوژی مادون قرمز به صورت واکنش ناپذیر در طبیعت هست.
  • این تکنولوژی قبلاً در دستگاههای سطح بالا بکار گرفته می‌شد و هیچ انتخابی برای آشکار سازی با حساسیت بالا در کاربردهای صحیح تشخیص گاز و جلوگیری از مسمومیت با گاز در مقادیر بالا وجود نداشت.
  • هرچند که اخیراً ساختار داخلی طراحی شده در داخل سنسورها امکان کاربری از این تکنولوژی با حساسیت بالا را میسر ساخته است.
  • سنسورهای مادون قرمز متشکل از حالات جامدی هستند که هیچ ترکیب شیمیایی با گاز مورد نظر را انجام نمی‌دهند. این سنسورها می‌توانند شرایط بحرانی را تشخیص داده و به کاربر اطلاع دهند، به عبارت دیگر این سنسورها به عنوان کنترل ایمنی به کار برده می‌شوند.

 در ادامه مقاله راجع به دیگر کاربردهای این سنسورها نیز بحث خواهیم کرد.