Vysvětlete podrobně princip detekce detektorů plynů
Detektor plynu je přístroj speciálně navržený pro detekci bezpečné koncentrace plynů. Jeho pracovní princip spočívá především v přeměně fyzikálních nebo chemických neelektrických signálů shromážděných plynovými senzory na elektrické signály a poté usměrnění a filtrování výše uvedených elektrických signálů prostřednictvím externích obvodů. Zpracované signály jsou pak řízeny odpovídajícími moduly pro dosažení detekce plynu. Jádrem detektoru plynů je však vestavěný senzor, který rozlišuje principy technologie detekce založené na různých detekovaných plynech. Jeho principy jsou rozděleny především do následujících šesti kategorií:
1) Princip katalytického spalování:
Snímač katalytického spalování využívá principu tepelného efektu katalytického spalování, který se skládá z měřícího můstku tvořeného párováním detekčních prvků a kompenzačních prvků. Za určitých teplotních podmínek dochází k bezplamennému spalování hořlavého plynu na povrchu nosiče detekčního prvku a působením katalyzátoru. Teplota nosiče se zvyšuje a odpovídajícím způsobem se také zvyšuje odpor platinového drátu uvnitř, což způsobuje ztrátu rovnováhy vyrovnávacího můstku a vydávání elektrického signálu úměrného koncentraci hořlavého plynu. Měřením velikosti změny odporu platinového drátu, lze stanovit koncentraci hořlavých plynů.
Používá se hlavně pro detekci hořlavých plynů, s dobrou linearitou výstupního signálu, spolehlivým indexem, dostupnou cenou a bez křížové infekce s jinými nehořlavými plyny.
2) Infračervený princip:
Infračervený senzor nepřetržitě prochází měřeným plynem nádobou o určité délce a objemu a vysílá paprsek infračerveného světla z jednoho ze dvou průhledných koncových ploch nádoby. Když se vlnová délka infračerveného senzoru shoduje s absorpčním spektrem měřeného plynu, dojde k pohlcení infračervené energie a útlum intenzity infračerveného světla procházejícího měřeným plynem splňuje zákon Lamberta Beera. Čím vyšší je koncentrace plynu, tím větší je útlum světla. V tomto bodě je absorpce infračerveného světla přímo úměrná koncentraci absorbujícího materiálu, a proto lze koncentraci plynu měřit měřením zeslabení infračerveného světla plynem.
Dlouhá životnost (3 až 5 let životnosti), vysoká citlivost, dobrá stabilita a žádná toxicita, menší interference z okolí a žádná závislost na kyslíku. Infračervené plynové senzory mají vysokou citlivost monitorování a dokážou přesně rozlišit i stopová množství PPB nebo nízké koncentrace plynů PPM. Rozsah měření je široký a může obecně analyzovat 100% VOL plyn s vysokou koncentrací a také analyzovat analýzu nízké koncentrace na úrovni 1 ppb.
3) Elektrochemické principy:
Elektrochemické senzory se obvykle skládají ze tří částí: elektrody, elektrolyty a polovodičové elektrody, které jsou hlavními součástmi senzoru. Jsou vyrobeny z kovových nebo polovodičových materiálů a mohou chemicky reagovat s molekulami plynu. Elektrolyt je vodivá kapalina, která dokáže spojit elektrody s polovodiči a vytvořit tak kompletní obvod. Polovodič je speciální materiál, který dokáže převést proudový signál mezi elektrodou a elektrolytem na digitální signál, čímž se dosáhne detekce koncentrace plynu.
Princip činnosti elektrochemických senzorů plynů je založen na redoxních reakcích. Když se molekuly plynu dostanou do kontaktu s povrchem elektrody, podstoupí oxidačně-redukční reakci a generují proudový signál. Tento proudový signál může být přenesen do polovodiče přes elektrolyt a poté převeden na digitální signál. Velikost digitálního signálu je přímo úměrná koncentraci plynu, takže koncentraci plynu lze určit měřením velikosti digitálního signálu.
Používá se hlavně pro detekci toxických plynů s vysokou citlivostí, rychlou odezvou, dobrou spolehlivostí a dlouhou životností. Dokáže detekovat různé plyny, jako je oxid uhelnatý, oxid uhličitý, kyslík, dusík atd. Má rozsáhlé aplikace v průmyslu, zdravotnictví, ochraně životního prostředí a dalších oborech.
4) Princip fotoionizace PID:
Princip PID spočívá v tom, že organické plyny se budou ionizovat při excitaci zdroje UV světla. PID využívá UV (ultrafialovou) lampu a organická hmota se ionizuje pod excitací UV lampy. Ionizované „fragmenty“ nesou kladné a záporné náboje, jejichž výsledkem je elektrický proud mezi dvěma elektrodami. Detektor zesiluje proud a zobrazuje koncentraci plynů VOC prostřednictvím přístrojů a zařízení.
Používá se hlavně pro monitorování rafinérského průmyslu, nouzové řešení úniků nebezpečných chemikálií, definování nebezpečných oblastí pro úniky, monitorování bezpečnosti ropných nádrží a monitorování účinnosti čištění vypouštění organických látek.
5) Princip tepelné vodivosti:
Analýza koncentrace měřeného plynu se provádí především měřením změny tepelné vodivosti směsného plynu. Obvykle je rozdíl v tepelné vodivosti plynového senzoru převeden na změnu odporu prostřednictvím obvodu. Tradiční detekční metodou je poslat testovaný plyn do plynové komory, kde středem plynové komory je termosenzitivní prvek, jako je termosenzitivní odpor, platinový drát nebo wolframový drát. Při zahřátí na určitou teplotu se změna tepelné vodivosti smíšeného plynu přemění na změnu odporu termosenzitivního prvku. Změnu hodnoty odporu lze poměrně snadno přesně změřit.
6) Principy polovodičů:
Polovodičové senzory plynu jsou vyrobeny využitím oxidačně-redukční reakce plynu na povrchu polovodičů k vyvolání změn hodnoty odporu citlivých součástek. Když je polovodičová součástka zahřátá do stabilního stavu a je adsorbována při kontaktu plynu s povrchem polovodiče, adsorbované molekuly nejprve volně difundují po povrchu předmětu a ztrácejí svou kinetickou energii. Některé molekuly se odpaří, zatímco zbývající molekuly podléhají tepelnému rozkladu a adsorpci na povrchu předmětu. Když je pracovní funkce polovodiče menší než afinita adsorbované molekuly, adsorbovaná molekula odebere elektrony ze zařízení a stane se adsorpcí záporných iontů, čímž se na povrchu polovodiče vytvoří vrstva náboje.
