Explicar en detalle el principio de detección de los detectores de gas.
Un detector de gas es un instrumento diseñado específicamente para detectar la concentración segura de gases. Su principio de funcionamiento implica principalmente convertir las señales físicas o químicas no eléctricas recopiladas por los sensores de gas en señales eléctricas y luego rectificar y filtrar las señales eléctricas anteriores a través de circuitos externos. Las señales procesadas luego son controladas por los módulos correspondientes para lograr la detección de gas. Sin embargo, el núcleo de un detector de gas es un componente sensor incorporado, que distingue los principios de la tecnología de detección en función de los diferentes gases detectados. Sus principios se dividen principalmente en las siguientes seis categorías:
1) Principio de combustión catalítica:
El sensor de combustión catalítica utiliza el principio del efecto térmico de la combustión catalítica y consiste en un puente de medición formado por elementos de detección y elementos de compensación emparejados. En determinadas condiciones de temperatura, el gas combustible sufre una combustión sin llama en la superficie del soporte del elemento de detección y bajo la acción del catalizador. La temperatura del portador aumenta y la resistencia del cable de platino en su interior también aumenta en consecuencia, lo que hace que el puente de equilibrio pierda el equilibrio y emita una señal eléctrica proporcional a la concentración de gas combustible. Al medir la magnitud del cambio en la resistencia del cable de platino, Se puede determinar la concentración de gases combustibles.
Se utiliza principalmente para la detección de gases combustibles, con buena linealidad de la señal de salida, índice confiable, precio asequible y sin infección cruzada con otros gases no combustibles.
2) Principio de infrarrojos:
Un sensor de infrarrojos hace pasar continuamente el gas a medir a través de un recipiente de cierta longitud y volumen y emite un haz de luz infrarroja desde una de las dos caras frontales transparentes del recipiente. Cuando la longitud de onda del sensor de infrarrojos coincide con el espectro de absorción del gas medido, se absorbe energía infrarroja y la atenuación de la intensidad de la luz infrarroja que pasa a través del gas medido cumple con la ley de Lambert Beer. Cuanto mayor es la concentración de gas, mayor es la atenuación de la luz. En este punto, la absorción de luz infrarroja es directamente proporcional a la concentración del material absorbente y, por tanto, la concentración de gas puede medirse midiendo la atenuación de la luz infrarroja por el gas.
Larga vida útil (de 3 a 5 años de vida útil), alta sensibilidad, buena estabilidad y sin toxicidad, menos interferencia del medio ambiente y sin dependencia del oxígeno. Los sensores de gas infrarrojos tienen una alta sensibilidad de monitoreo y pueden distinguir con precisión incluso trazas de PPB o bajas concentraciones de gases de grado PPM. El rango de medición es amplio y generalmente puede analizar gas de 100 por ciento VOL de alta concentración, así como análisis de baja concentración de nivel 1ppb.
3) Principios electroquímicos:
Los sensores electroquímicos suelen constar de tres partes: electrodos, electrolitos y electrodos semiconductores, que son los componentes centrales del sensor. Están hechos de metal o materiales semiconductores y pueden reaccionar químicamente con moléculas de gas. El electrolito es un líquido conductor que puede conectar electrodos con semiconductores para formar un circuito completo. El semiconductor es un material especial que puede convertir la señal de corriente entre el electrodo y el electrolito en una señal digital, logrando así la detección de la concentración de gas.
El principio de funcionamiento de los sensores de gas electroquímicos se basa en reacciones redox. Cuando las moléculas de gas entran en contacto con la superficie del electrodo, sufren una reacción de oxidación-reducción, generando una señal de corriente. Esta señal de corriente puede transmitirse al semiconductor a través de un electrolito y luego convertirse en una señal digital. El tamaño de la señal digital es directamente proporcional a la concentración de gas, por lo que la concentración de gas se puede determinar midiendo el tamaño de la señal digital.
Se utiliza principalmente para la detección de gases tóxicos, con alta sensibilidad, velocidad de respuesta rápida, buena confiabilidad y larga vida útil. Puede detectar diversos gases, como monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, etc. Tiene amplias aplicaciones en industrias, atención médica, protección ambiental y otros campos.
4) Principio de fotoionización PID:
El principio del PID es que los gases orgánicos se ionizan bajo la excitación de una fuente de luz ultravioleta. PID utiliza una lámpara UV (ultravioleta) y la materia orgánica se ioniza bajo la excitación de la lámpara UV. Los "fragmentos" ionizados llevan cargas positivas y negativas, lo que da como resultado una corriente eléctrica entre los dos electrodos. El detector amplifica la corriente y muestra la concentración de gases COV a través de instrumentos y equipos.
Se utiliza principalmente para monitorear la industria de refinación, manejo de emergencia de fugas de químicos peligrosos, definir áreas peligrosas para fugas, monitoreo de seguridad de estaciones de tanques de petróleo y monitoreo de la eficiencia de purificación de descargas de materia orgánica.
5) Principio de conductividad térmica:
El análisis de la concentración del gas medido se logra principalmente midiendo el cambio en la conductividad térmica del gas mezclado. Normalmente, la diferencia de conductividad térmica de un sensor de gas se convierte en un cambio de resistencia a través de un circuito. El método de detección tradicional consiste en enviar el gas que se va a probar a una cámara de gas, donde el centro de la cámara de gas es un elemento termosensible, como una resistencia termosensible, un alambre de platino o un alambre de tungsteno. Cuando se calienta a una determinada temperatura, el cambio en la conductividad térmica del gas mezclado se convierte en un cambio en la resistencia del elemento termosensible. El cambio en el valor de la resistencia es relativamente fácil de medir con precisión.
6) Principios de los semiconductores:
Los sensores de gas semiconductores se fabrican utilizando la reacción de oxidación-reducción del gas en la superficie de los semiconductores para provocar cambios en el valor de resistencia de los componentes sensibles. Cuando un dispositivo semiconductor se calienta hasta un estado estable y se adsorbe al entrar en contacto el gas con la superficie del semiconductor, las moléculas adsorbidas primero se difunden libremente sobre la superficie del objeto, perdiendo su energía cinética. Algunas moléculas se evaporan, mientras que las moléculas restantes sufren descomposición térmica y adsorción en la superficie del objeto. Cuando la función de trabajo de un semiconductor es menor que la afinidad de la molécula adsorbida, la molécula adsorbida quitará electrones del dispositivo y se convertirá en una adsorción de iones negativos, presentando una capa de carga en la superficie del semiconductor.
