Tipos de sensores de gas y sus aplicaciones en equipos de detección y monitorización de gases.
Con el desarrollo de la industria petroquímica, se han incrementado los tipos y rangos de aplicación de gases inflamables, explosivos y tóxicos. Una vez que estos gases se escapen durante la producción, el transporte y el uso, provocarán accidentes de envenenamiento, incendios e incluso explosiones, poniendo en grave peligro la vida de las personas y la seguridad de la propiedad. Debido a la difusibilidad del gas en sí, después de que se produce una fuga, el gas se difundirá a lo largo de la superficie del suelo bajo la acción de la fuerza del viento externo y el gradiente de concentración interno, formando una explosión de combustión o una zona de peligro venenoso en el lugar del accidente, y expandiendo el Area peligrosa.
Una vez que ocurre un accidente por fuga de gas, se deben tomar las medidas correspondientes lo antes posible para minimizar la pérdida por accidente. La detección oportuna y confiable del contenido de ciertos gases en el aire, las medidas correctivas oportunas y efectivas y los métodos de eliminación correctos para reducir los accidentes causados por fugas son condiciones necesarias para evitar daños y propiedades importantes. Esto plantea requisitos más altos para los equipos de detección y monitoreo de gases. Como importante detector de gas, el sensor de gas se ha desarrollado enormemente en los últimos años. El desarrollo del sensor de gas hace que su aplicación sea cada vez más extensa.
Descripción general del sensor de gas
Los países extranjeros comenzaron a investigar y desarrollar sensores de gas en los años 1930. En el pasado, los sensores de gas se utilizaban principalmente para la detección y alarma de gas de carbón, gas licuado de petróleo, gas natural y gas en las minas. En la actualidad, los tipos de gases que es necesario detectar se han ampliado desde los gases reductores originales (H2, C4H10, CH4) hasta gases tóxicos (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Hay muchos tipos de sensores de gas. Según los diferentes materiales de detección de gas y las características de detección de gas utilizados, se puede dividir en tipo semiconductor, tipo electrolito sólido, tipo electroquímico, tipo de combustión por contacto, tipo polímero, etc.
Sensor de gas semiconductor
Este sensor utiliza principalmente materiales semiconductores sensibles a los gases. Desde que salió al mercado el sensor de gas de óxido metálico semiconductor en 1962, se ha utilizado ampliamente debido a sus ventajas de alta sensibilidad y respuesta rápida, y se ha convertido en uno de los sensores más grandes y más utilizados del mundo. Según las diferentes formas de detectar la cantidad característica de detección de gas, se divide en dos tipos: tipo resistivo y tipo no resistivo.
El sensor de gas semiconductor resistivo funciona detectando el cambio del sensor de gas con el contenido de gas. Se utilizan principalmente materiales cerámicos sensibles a los gases de óxido metálico. Con la investigación y el desarrollo de nuevos materiales como óxidos metálicos compuestos y óxidos metálicos mixtos en los últimos años, las características y el rango de aplicación de este sensor de gas han mejorado enormemente. Por ejemplo: el sensor de gas WO3 puede detectar un rango de concentración de NH3 de 5 ppm a 50 ppm, el sensor de gas ZnO-CuO es muy sensible a 200 ppm de CO.
Los sensores de gas semiconductores no resistivos funcionan según el principio de que la corriente o el voltaje del sensor de gas cambia con el contenido de gas. Hay principalmente diodos de tipo MOS y de diodo de unión, y sensores de gas de tipo tubo de efecto de campo. La mayoría de los gases de detección son gases combustibles como el hidrógeno y el silano.
Sensor de gas de electrolito sólido
Los sensores de gas con electrolito sólido utilizan materiales sensores de gas con electrolito sólido como elementos sensores de gas. El principio es que el material sensible al gas genera iones al pasar a través del gas, formando así una fuerza electromotriz y midiendo la fuerza electromotriz para medir la concentración de gas. Debido a la alta conductividad, buena sensibilidad y selectividad de este sensor, se ha utilizado ampliamente y ha entrado en casi todos los campos de la petroquímica, la protección ambiental, la minería, etc., solo superado por los sensores de gas semiconductores de óxido metálico. Por ejemplo, YST-Au-WO3 para medir H2S, NH más 4CaCO3 para medir NH3, etc.
Contacto sensor de gases de combustión
Se puede dividir en tipo de combustión por contacto directo y tipo de combustión por contacto catalítico. Su principio de funcionamiento es: cuando se energiza el material sensible al gas, el gas inflamable se oxida y se quema bajo la acción de un catalizador, y el calor generado calienta el cable calefactor, cambiando así su valor de resistencia y midiendo el cambio de resistencia. para medir la concentración de gas. Este sensor sólo puede medir gases combustibles y es insensible a gases no combustibles. Por ejemplo, los sensores fabricados recubriendo catalizadores activos Rh y Pd sobre cables de Pt tienen características de amplio espectro, es decir, pueden detectar varios gases combustibles. El sensor de gas de combustión por contacto es muy estable a temperatura ambiente y puede detectar la mayoría de los gases inflamables con el límite inferior de explosión. Es ampliamente utilizado en el monitoreo y alarma de gases inflamables en plantas petroquímicas, astilleros, túneles mineros, baños, cocinas, etc.
Sensor de gas de polímero
En los últimos años se han desarrollado enormemente sensores de gas que utilizan materiales poliméricos sensores de gas. Cuando el material polimérico sensor de gas encuentra un gas específico, sus propiedades físicas, como la resistencia, la constante dieléctrica, la velocidad y frecuencia de propagación de las ondas acústicas de la superficie del material y el peso del material, cambiarán. Existen principalmente polímeros de ftalocianina, película LB, fenilcianina acetileno, alcohol polivinílico-ácido fosfórico, poliisobutileno, aminoundecil silano, etc. Los materiales poliméricos sensores de gases juegan un papel importante en la detección de gases tóxicos y la frescura de los alimentos debido a su facilidad de operación. Proceso simple, buena selectividad a temperatura ambiente, bajo precio y fácil combinación con sensores de microestructura y dispositivos de ondas acústicas de superficie. Según las propiedades de detección de gases de los materiales utilizados, este tipo de sensor se puede dividir en: sensores de gas resistivos de polímero que miden la concentración de gas midiendo la resistencia de los materiales sensores de gas; sensores de concentración de gas tipo batería que miden la fuerza electromotriz para determinar la concentración de gas formando una celda de concentración cuando el material sensor de gas absorbe gas; sensores de gas de ondas acústicas de superficie que se fabrican basándose en el principio de que la velocidad de propagación o la frecuencia de las ondas sonoras en la superficie del material cambia después de que el polímero sensor de gas absorbe el gas; El sensor de gas de polímero tiene alta sensibilidad a moléculas de gas específicas, buena selectividad, estructura simple, puede usarse a temperatura normal y puede complementar las deficiencias de otros sensores de gas.
