2024/05/28 460

Įvadas į dujų jutiklius: statyba, tipai ir darbas

Dujų jutikliai yra geriausi šiuolaikinių technologijų prietaisai, stebint ir aptinkant įvairias dujas daugybėje aplinkų.Dėl jų gebėjimo dujų lygį paversti elektriniais signalais per fizines ar chemines reakcijas jie tampa vertingos, pradedant pramonine sauga ir baigiant namų ūkio saugumu.

Šiame straipsnyje aptariami įvairių tipų dujų jutikliai, tiriant jų darbo principus, pranašumus ir apribojimus.Išnagrinėdami šių jutiklių komponentus ir funkcionalumus, ypač plačiai naudojamus metalo oksido dujų jutiklius, mes galime įvertinti jų reikšmę užtikrinant saugumą, palaikant oro kokybę ir palaikydami įvairius pramoninius procesus.Supratimas, kad šių jutiklių praktinis naudojimas, kalibravimas ir priežiūra padidina jų patikimumą ir tikslumą, todėl jie yra geriausi įrankiai tiek profesionalioje, tiek buitinėje aplinkoje.

Katalogas

1 paveikslas: Dujų jutiklis

Kas yra dujų jutiklis?

Dujų jutikliai yra prietaisas, skirtas aptikti dujų buvimą ar koncentraciją aplinkoje.Jis veikia matuojant vidinės medžiagos atsparumo pokyčius, kurie sukuria įtampos skirtumą.Šis įtampos skirtumas padeda nustatyti ir įvertinti esamų dujų tipą ir kiekį.Specifinės dujos, kurias jutiklis gali aptikti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios ji yra pagaminta.

Dujų jutikliai konvertuoja dujų lygius į elektrinius signalus per fizines ar chemines reakcijas.Šie signalai yra apdorojami, kad būtų galima pateikti skaitomus duomenis.Jie yra ypač naudingi nustatant toksiškas ir kenksmingas dujas, taip pat gamtinių dujų nutekėjimą.Dujų jutikliai išmatuoja degius, degus ir toksiškas dujas ir netgi deguonies kiekį, todėl jie yra tinkami saugumo ir oro kokybės stebėjimui.

Dujų jutiklio veikimo standartas

Renkantis dujų jutiklius, būtina atidžiai įvertinti keletą pagrindinių matavimo specifikacijų, kad būtų užtikrintas jų efektyvumas ir tikslumas atliekant dujų aptikimo programas.Šios specifikacijos yra jutiklio našumo kriterijai, ypač tais atvejais, kai sauga yra svarbiausias prioritetas ir proceso valdymo sistemose.

Atsakymo laikas

Reagavimo laikas yra intervalas tarp pradinio dujų kontakto su jutikliu ir tolesnio jutiklio signalo apdorojimo.Šis parametras reikalauja nedelsiant aptikti dujas, kad būtų išvengta pavojingų incidentų ar išlaikytų proceso vientisumą.Trumpesnis atsako laikas yra teikiamas tokioje aplinkoje, kurioje greitas aptikimas gali sumažinti riziką, pavyzdžiui, chemijos gamyklos ar uždaros erdvės su potencialiais dujų nutekėjimais.Praktinėse operacijose dujų jutiklis, kurio reakcijos laikas yra mažiau nei 10 sekundžių, yra idealus nustatant staigius nuotėkius.Tai leidžia atlikti greito reagavimo veiksmus, tokius kaip evakuacija ar sistemos išjungimas.

2 paveikslas: Dujų jutiklio atsakas ir atkūrimo laikas

Aptikimo atstumas

Aptikimo atstumas yra maksimalus diapazonas, per kurį jutiklis gali efektyviai aptikti dujas iš jo šaltinio ar nutekėjimo.Ši specifikacija diktuoja, kur turėtų būti dedami jutikliai, kad būtų užtikrintas išsamus stebėjimas.Didelėse pramoninėse sąrankose jutikliai turi būti strategiškai išdėstyti, kad būtų padengtas visas įrenginys, užtikrinant, kad prieš eskaluojant į pavojingą lygį, būtų galima aptikti net nedidelius dujų išmetimą.Pavyzdžiui, jutikliai, kurių aptikimo atstumas yra 1–2 metrai, dažnai dedami šalia galimų nutekėjimo taškų, o tie, kurių diapazonas yra didesnis (iki 10 metrų), gali stebėti platesnes plotus iš centrinių vietų.

Srauto greitis

3 paveikslas: Dujų srauto jutiklio schema iliustracija

Srauto greitis parodo oro ar dujų tūrį, kuris turi tekėti per jutiklį, kad būtų sukurtas aptinkamas signalas.Norint užtikrinti tikslų dujų koncentracijos rodmenis, šį greitį reikia tinkamai nustatyti.Dėl netinkamų srautų greičio gali kilti atidėtas aptikimas arba klaidingi teigiami dalykai, kompromituoti saugą ir eksploatavimo efektyvumą.Operatoriai gali sureguliuoti ventiliacijos sistemas arba naudoti pagalbinius ventiliatorius, kad išlaikytų optimalius srauto greitį per jutiklius.Srauto greitis nuo 0,5 iki 2 litrų per minutę per jutiklį gali žymiai padidinti aptikimo tikslumą aplinkose, kuriose kintamos oro srauto sąlygos.

Jutiklio išvesties parametras

Dujų jutikliai išmatuoja ir praneša aptiktos dujos įvairiais formatais, kad atitiktų skirtingus stebėjimo poreikius.

Procentas LEL (mažesnė sprogstamoji riba)

Matuoja mažiausią degių dujų koncentraciją, kuri gali išlaikyti liepsną, kai sumaišoma su oru ir užsidega.Reikalingi saugumui aplinkoje su sprogstamosiomis dujomis.0% LEL rodmuo nerodo, kad nėra dujų, o 100% LEL reiškia, kad dujų koncentracija pasiekė degią ribą ir kelia didelę sprogimo riziką.Operatoriai stebi LEL, kad dujų lygis būtų žemiau pavojingų slenksčių.Reguliarūs patikrinimai ir neatidėliotini veiksmai dėl aukšto skaitymo, kad būtų išvengta avarijų.

Procentinė apimtis

Apskaičiuoja tirpiosios medžiagos tūrį, padalytą iš bendro visų komponentų tūrio, padauginto iš 100%.Mažiau paplitusi dujų aptikimui, tačiau naudinga taikymui, apimančiam dujų ir skysčių sąveiką.Tikslus dujų koncentracijos matavimas skystųjų mišiniuose padeda kontroliuoti kokybę ir optimizuoti procesą.

Dalys milijonui (ppm)

Išmatuoja dujų koncentraciją PPM, leidžiant tiksliai stebėti labai žemą dujų kiekį.Reikalinga aptikti dujas aplinkos stebėjimui ir kokybės kontrolei.Nuolatinis stebėjimas užtikrina saugos ir aplinkos apsaugos taisyklių laikymąsi.Maži svyravimai stebimi, kad būtų galima nustatyti galimas problemas anksti.

Nuotėkio matavimai (ml/min)

Nurodo, kokiu greičiu dujos išeina iš sistemos.Tai padeda nustatyti ir kiekybiškai įvertinti nutekėjimą.Naudodamiesi šia informacija, operatoriai gali užtikrinti sistemos vientisumą, išvengti didelių nuostolių ir laiku atlikti techninę priežiūrą bei remontą.

Suvartojimo matavimai (ml/l/h.)

Atspindi proceso metu vartojamos dujų vartojimo greitį.Puikiai tinka naudoti pramoniniuose procesuose ir, pavyzdžiui, biologiniams tyrimams.Norint nustatyti neefektyvumą ir optimizuoti procesus, galima stebėti dujų suvartojimo procentus.

Tankio matavimai (mg/m³)

Pateikia įžvalgą apie dujų fizines savybes tam tikrame tome.Naudinga kontroliuojant taršą ir oro kokybės vertinimą.Užtikrina laikymąsi aplinkosaugos standartų ir AIDS kuriant efektyvias taršos kontrolės strategijas.

Parašo ar spektrų matavimai

Siūlo esamų dujų spektrinį parašą, dažnai rodomą kaip chromatograma.Naudojami pažangios analizės metoduose, tokiuose kaip dujų chromatografija.Išsami dujų sudėties ir koncentracijos analizė padeda nustatyti teršalus ir užtikrinti produkto grynumą.

Šie signalai yra apdorojami, kad būtų galima pateikti realaus laiko duomenis apie dujų koncentraciją, padedant automatinėms valdymo sistemoms.

Įprasta Išėjimo signalai iš dujų jutiklių	Funkcijos
Analoginė įtampa	ištisinis elektrinis signalas Atstovaujanti kintama informacija
Impulsų signalai	Trumpi energijos pliūpsniai, naudojami laiko nustatymui ir sinchronizacija
Analoginės srovės	Elektros srovės, kurių dydis skiriasi perduoti informaciją
Jungiklio arba relės išėjimai	mechanizmai, atidaromi ar uždaromi Valdykite elektrinį srautą

Diagrama 1: dujų jutiklio išvesties signalas ir funkcijos

Dujų jutiklio tipai, pagrįsti darbo principais

Dujų jutikliai suskirstyti į kategorijas pagal jų veiklos principus.Kiekvienas tipas pasižymi skirtingomis savybėmis, pranašumais ir trūkumais, todėl jos yra tinkamos įvairioms programoms ir aplinkai.

Puslaidininkių / metalų oksido pagrindu pagamintas dujų jutiklis

4 pav.

5 paveikslas: Faktinis puslaidininkio dujų jutiklis

Šie jutikliai identifikuoja dujas, stebėdami puslaidininkio atsparumo pokyčius, kai liečiasi su dujomis.Paprastai juose yra metalo oksido jutimo komponentas, pavyzdžiui, alavo dioksidas (SNO2), dedamas ant substrato, turinčio elektrodus ir kaitinimo elementą.Poruotas metalo oksido sluoksnio pobūdis padidina dujų sąveikos paviršiaus plotą.Kadangi dujos yra adsorbuojamos ant šio sluoksnio, jutiklio elektrinio laidumo pokyčiai vyksta, o tai savo ruožtu keičia jo pasipriešinimą.Šie jutikliai yra ypač jautrūs įvairiems dujoms ir yra ekonomiški gaminti.Nepaisant to, jiems reikalingas įprastas kalibravimas, o jų veikimui įtakos turi temperatūra ir drėgmė.

Privalumai:

• Paprasta struktūra

• Mažos išlaidos

• Aukšto aptikimo jautrumas

• Greitas reakcijos greitis

Trūkumai:

• Mažas matavimo diapazonas

• paveikti kitos dujos ir temperatūra

Elektrocheminis dujų jutiklis

6 paveikslas: Scheminės elektrocheminio jutiklio dalys

7 paveikslas: Toksiškų ir degių dujų aptikimo elektrocheminio jutiklio pavyzdys

Elektrocheminiai jutikliai kiekybiškai įvertina dujų koncentraciją oksiduodami arba sumažindami tikslines dujas prie elektrodo ir užfiksuodami srovę, kurią sukuria šis procesas.Šie prietaisai pasižymi darbiniu, skaitikliu ir etaloniniais elektrodais, panardintais į elektrolitą, visi yra mažame korpuse, kuriame yra dujomis pralaidi membrana.Dujos praeina per šią membraną ir dalyvauja redokso reakcijoje prie darbinio elektrodo, sukuriant srovę, tiesiogiai proporcingą dujų koncentracijai.Žinomi dėl savo išskirtinio specifiškumo ir tikslumo, šiuos jutiklius gali pakenkti kitoms dujoms ir jie paprastai turi baigtinį eksploatavimo laiką dėl laipsniško aktyvių medžiagų išeikvojimo.

Privalumai:

• Greito reagavimo laikas

• Geras tiesinis išėjimas

• Didelis tikslumas

Trūkumai:

• Reikia aplinką, kurioje gausu deguonies

• suvartoti skystus elektrolitus

• jautrūs temperatūros, drėgmės ir slėgio pokyčiams

Neišdomus infraraudonųjų spindulių (NDIR) dujų jutiklis

8 paveikslas: Scheminės NDIR jutiklio dalys

9 paveikslas: tikrasis NDIR jutiklis

NDIR jutikliai naudoja infraraudonųjų spindulių lemputę Šaltinis ir detektorius, skirtas nustatyti dujų koncentraciją per infraraudonųjų spindulių kiekį absorbcija.Jie aprūpinti infraraudonųjų spindulių šaltiniu, dujų kamera Mėginiai, bangos ilgio filtras ir infraraudonųjų spindulių detektorius.Kai dujos sugeria tam tikrus infraraudonųjų spindulių bangos ilgis, jutiklio detektorius kiekybiškai įvertina Šios absorbcijos laipsnis dujų koncentracijai įvertinti.Šie jutikliai gali pasigirti Didelis tikslumas ir ilgaamžiškumas ir nėra jautrūs apsinuodijimui jutikliais. Tačiau jie paprastai yra brangūs ir apsiriboja absorbuojančiomis dujomis infraraudonųjų spindulių šviesa.

Privalumai:

• Matuoja tokias dujas kaip CO2

• Nereikia deguonies

• Didelės matavimo koncentracijos galimybės

• Geras stabilumas ir mažos priežiūros išlaidos

Trūkumai:

• Didelės energijos suvartojimas

• brangus

• Sudėtinga struktūra ir programinės įrangos/aparatinės įrangos reikalavimai

Katalitinis dujų jutiklis

10 paveikslas: Scheminės katalizinės jutiklio dalys

11 paveikslas: katalizinio jutiklio pavyzdys

Katalitiniai jutikliai nustato degias dujas Per katalizinį karoliuką, kuris keičia jo atsparumą dujų oksidacijos metu.Šie Jutikliai turi katalizatoriaus dengtą jutimo granulę kartu su nuoroda Elementas, išdėstytas „Wheatstone“ tilto konfigūracijoje, apsauginėje Korpusai.Katalizatoriaus paviršiaus degių dujų oksidacija sukelia Šiluma, sukelianti grandinės nustatytą pasipriešinimo pokytį.Efektyvus Greitai nustatant mažą dujų koncentraciją, šie jutikliai reikalauja Deguonies buvimas ir gali būti pakenkta specifinėms cheminėms medžiagoms.

Privalumai:

• Stiprus atsparumas atšiauriam klimato ir nuodingų dujų atžvilgiu

• Ilgas tarnavimo gyvenimas

• Mažos priežiūros išlaidos

Trūkumai:

• Sprogimo ar ugnies rizika tamsioje aplinkoje

• Sulfido ir halogeninių junginių apsinuodijimui jautrus

• Didesnės klaidos mažai deguonies aplinkoje

Fotosonizacijos detektorius (PID)

12 paveikslas: Scheminės PID dalys

13 paveikslas: PID pavyzdys

Fotosonizacijos detektoriai (PID) naudoja Ultravioletinė šviesa, kad būtų galima jonizuoti dujas ir išmatuoti pagamintą elektros srovę pagal šiuos jonus, kad būtų galima įvertinti dujų koncentraciją.Sistemą sudaro UV lemputė, an Jonizacijos kamera ir elektrodai.Dujų molekulių jonizacija suaktyvina An Elektros srovė per elektrodus, o tai tiesiogiai koreliuoja su Lakiųjų organinių junginių koncentracija (LOJ).PID siūlo didelį jautrumą LOJ ir greito aptikimo galimybės, nors jos yra brangios ir jų našumo gali turėti įtakos aplinkos kintamieji, tokie kaip drėgmė ir temperatūra.

Privalumai:

• Didelis jautrumas

• Nėra apsinuodijimo problemų

• Gali aptikti daugiau nei 400 rūšių lakiųjų organinių dujų

Trūkumai:

• Didelės lempų pakeitimo kaina

• Negalima išmatuoti oro, toksiškų ar gamtinių dujų

Šilumos laidumo dujų jutiklis

14 paveikslas: Scheminės šilumos laidumo jutiklio dalys

15 paveikslas: Šilumos laidumo jutiklio pavyzdys

Šilumos laidumo jutikliai įvertina Šilumos laidumo pokyčiai dėl skirtingų dujų.Šie jutikliai Paprastai yra du šiluminiai elementai, tokie kaip termistoriai arba šiluminiai Laidininkai, išdėstyti tilto grandinės konfigūracijoje.Atskleistas vienas elementas į tikslines dujas, o kitos sąsajos su etaloninėmis dujomis.Pokyčiai Dujų sudėtis keičia šilumos laidumą aplink jutiklį, paveikdamas jo temperatūra ir atsparumas.Tada šis pokytis yra kiekybiškai įvertintas grandine. Šie prietaisai yra tiesmukiški, tvirti ir gali aptikti daugybę dujų, nors jie siūlo mažiau jautrumo ir yra jautrūs aplinkos pokyčiams temperatūra.

Privalumai:

• Platus aptikimo diapazonas

• Geras darbo stabilumas

• Ilgas tarnavimo gyvenimas

• Nėra katalizatoriaus senėjimo problemų

Trūkumai:

• Prastas aptikimo tikslumas

• Mažas jautrumas

• jautrus temperatūros dreifui

Dujų chromatografijos analizatorius

16 paveikslas: Scheminės dujų chromatografijos analizatoriaus dalys

17 paveikslas: Dujų chromatografijos analizatorius faktinis

Dujų chromatografijos analizatoriai išskiria ir kiekybiškai įvertinti dujų mišinio komponentus, naudojant įvairius detektorius.Jie susideda iš injektoriaus, chromatografinės kolonėlės, nešiklio dujų sistema ir a Detektorius, visi laikomi kontroliuojamame nustatyme.Pristatomi dujų mėginiai per injektorių į stulpelį, kur jie yra atskirti pagal kaip Jie sąveikauja su stulpelio medžiaga.Tada atskirti komponentai yra aptiktas ir matuojamas detektoriumi.Šie analizatoriai siūlo aukštą tikslumą ir gali išanalizuoti sudėtingus mišinius, tačiau jie yra brangūs, reikalauja ekspertų tvarkymo, ir yra sudėtingesni, palyginti su kitais dujų jutikliais.

Privalumai:

• Didelis jautrumas

• Tinka mikro ir pėdsakų analizei

• Gali analizuoti sudėtingas daugiafazių atskyrimo dujas

Trūkumai:

• Negalima pasiekti nuolatinio atrankos ir analizės

• Laboratorinei analizei labiau tinka nei pramoninio lauko dujų stebėjimas

Talpos pagrįstas dujų jutiklis

18 paveikslas: Scheminės talpos pagrindu sukurtos jutiklio dalys

19 paveikslas: Talpos pagrįstas jutiklis Faktinis

Talpos jutikliai nustato poslinkius Talpos dėl dujų, sugeriančių dujų dielektrinės konstantos, pokyčių ant jutiklio paviršiaus.Šiuos jutiklius sudaro kondensatorius, kuris Apima dielektrinę medžiagą, reaktyvią į tikslines dujas, paprastai suprojektuotas MEMS platformoje, kad padidintumėte kompaktiškumą.Dujų molekulių absorbcija modifikuoja dielektrinę konstantą, todėl keičiasi talpa, kuri yra Tada kiekybiškai įvertinta.Nors šie jutikliai yra išskirtinai jautrūs ir idealūs Drėgmės nustatymas, jie yra jautrūs aplinkosauginei įtakai, pavyzdžiui, temperatūra.

Privalumai:

• Didelis jautrumas

• Greito reagavimo laikas, tinkamas stebėti realiuoju laiku

• Mažos energijos suvartojimas

Trūkumai:

• Ilgalaikės stabilumo problemos

• kryžminis jautrumas kitoms dujoms

• Ribotas aptikimo diapazonas

Akustiniai dujų jutikliai

20 paveikslas: Scheminės akustinės dujų jutiklio dalys

21 paveikslas: akustiniai dujų jutikliai Faktiniai

Akustiniai jutikliai veikia pagal koncepcija, kad dujų sudėties pokyčiai daro įtaką garso greičiui mišinys.Jie aprūpinti garso bangos siųstuvu ir imtuvu, nustatyta kameroje ar keliu, kuriame dujų mišinys gali sąveikauti su Garso bangos.Akustinių savybių pokyčiai dėl šios sąveikos yra įrašomi ir išanalizuoti.Šie jutikliai siūlo neinvazinį stebėjimą ir greitas pokyčių aptikimas, tačiau jie gali susidurti su tikslais ir Dažnai reikia reguliariai kalibruoti.

Privalumai:

• Aptikkite nervų ir lizdinių pūslių agentus

• be baterijų, tinkama belaidžiams programoms

• Galima naudoti atšiauriose ir besisukančiose dalyse

Trūkumai:

• Sunku valdyti gaminimo metu dėl mažo dydžio

Kalorimetrinis dujų jutiklis

Figūra 22: a) Įrenginio struktūros ir darbo principo schema ir (b) kalorimetrinio-TGS įrenginio nuotrauka.(C) Kalorimetrinių TGS įrenginių matavimo sistemos schema ir nuotrauka.

Kalorimetriniai jutikliai nustato šilumos pokyčius dėl cheminių reakcijų tarp tikslinių dujų ir specifinių reagentas.Šiuose įrenginiuose yra reakcijos kamera, kurioje yra a katalizatorius ar reagentas, reagavus su dujomis, sukuria šilumą.Tai Temperatūros padidėjimas ar sumažėjimas matuojamas integruotu Temperatūros jutiklis.Nors šie jutikliai yra ypač veiksmingi Aptikdami tam tikras dujas, jos linkusios parodyti lėtesnę reakcijos laiką ir mažiau jautrumas nei kiti jutiklių tipai.

Privalumai:

• Greito reagavimo laikas realiojo laiko stebėjimui

• Paprastas dizainas

• Ilgalaikis stabilumas ir patikimumas

• Mažos energijos suvartojimas

Trūkumai:

• Katalizatoriai turi ribotą gyvenimo trukmę ir gali skaidyti

• Lėtesnis reagavimo laikas labai mažoms dujų koncentracijoms

Magnetinių dujų jutiklis

Figūra 23: Magnetinis efektas, naudojamas dujų jutimo įtaisui gaminti.(a) Hallo efektas, b) KERR efektas.c) feromagnetinio rezonanso (FMR) efektas. d) magneto plazmoninis efektas.e) Magnetinis momentas arba sukinio efektas.(f) Magnetostatinė nugaros bangos (MSW) efektas.

24 paveikslas: Faktinis magnetinio jutiklis

Magnetiniai jutikliai naudoja magnetinius Specifinių dujų, tokių kaip deguonis, savybės, siekiant nustatyti jų Koncentracija.Šie prietaisai pasižymi magnetinėmis medžiagomis, kurios keičia jas Magnetinės savybės, veikiamos tam tikrų dujų.Šie pokyčiai aptinkami Magnetinio lauko jutikliu, integruotu į įrenginį.Modifikacija matuojamos magnetinės savybės, kurias sukelia tikslinės dujos ir Išanalizuota.Magnetiniai jutikliai siūlo didelį stabilumą ir yra beveik nepralaidūs kišimosi iš kitų dujų.Tačiau jie gali aptikti tik paramagnetines dujas ir paprastai yra sudėtingesni ir brangesni.

Privalumai:

• neinvazinis veikimas

• Greito aptikimo ir realiojo laiko stebėjimas

• Kai kuriems tipams nereikia išorinės galios

Trūkumai:

• Sudėtingas ir brangus

• Reikalauti dažnai kalibravimo

• Gali išmatuoti tik dujas su specifinėmis magnetinėmis savybėmis

• Negalima išorinių magnetinių laukų ir temperatūros pokyčių

Metalo oksido dujų jutiklio komponentai

25 paveikslas: Metalo oksido dujų jutiklio scheminiai komponentai

Dujų jutimo sluoksnis: Dujų jutiklio sluoksnis yra jutiklio šerdis, nustatantis dujų koncentracijos pokyčius.Jis veikia kaip chemiresistorius, keičiantis atsparumą, kai veikiama specifinių dujų.Paprastai pagamintas iš alavo dioksido (SNO₂), kurio elektronų perteklius (donoro elementai) keičia atsparumą esant toksiškoms dujoms.Šis pasipriešinimo pokytis daro įtaką srovei srautui, koreliuojančiam su dujų koncentracija, todėl dujų aptikimas yra dujų jutimo sluoksnis.

Šildytuvo ritė: Šildytuvo ritė padidina dujų jutimo sluoksnio jautrumą ir efektyvumą, išlaikant ją aukštoje temperatūroje.Pagaminta iš nikelio-chromio, žinomo dėl aukšto lydymosi taško, jis išlieka stabilus pastoviai šilumoje.Šis šildymas suaktyvina dujų jutimo sluoksnį, leidžiantį jam geriau reaguoti į dujas.Šildytuvo ritė užtikrina optimalų jutiklio veikimą, nes nuosekliai užtikrina šiluminę energiją.

Elektrodo linija: Elektrodo linija efektyviai perduoda mažas sroves iš dujų jutiklio sluoksnio.Sukurta iš platinos, vertinamos dėl jos laidumo, jis užtikrina tikslią srovės perdavimą ir matavimą.Šis efektyvus elektronų judėjimas yra tinkamas jutiklio tikslumui atliekant dujų aptikimą.

Elektrodas: elektrodas jungia dujų jutiklio sluoksnio išėjimą prie elektrodo linijos.Pagaminta iš aukso (Au - Aurum), pranašesnis laidininkas, jis užtikrina minimalų pasipriešinimą ir efektyvų srovės perdavimą.Šis ryšys yra svarbus tiksliems dujų koncentracijos matavimams, leidžiančioms sklandų elektrinio signalo perdavimą iš jutimo elemento į išvesties gnybtus.

Vamzdinė keramika: vamzdinė keramika, paprastai pagaminta iš aliuminio oksido (Al₂o₃), yra tarp šildytuvo ritės ir dujų jutiklio sluoksnio.Jo aukštas lydymosi taškas palaiko jutimo sluoksnio sudeginimo procesą, palaikant didelį jautrumą ir efektyvią išėjimo srovę.Vamzdinė keramika siūlo struktūrinį stabilumą ir šiluminę izoliaciją, apsaugančią jutiklio vidines dalis ir padidindama ilgaamžiškumą bei našumą.

Tinka per jutimo elementą: metalinis tinklelis uždengia jutiklio elementą, apsaugodamas jautrius komponentus nuo dulkių ir korozinių dalelių.Šis tinklas apsaugo jutiklį nuo išorinių teršalų ir palaiko dujų jutimo sluoksnio vientisumą ir ilgaamžiškumą.Filtruodamas kenksmingas daleles, tinklelis užtikrina, kad jutiklis veikia tiksliai ir patikimai ilgą laiką.

Kaip veikia dujų jutikliai?

Pagrindinė technologija

Dujų jutikliai naudoja chemiresistorą, paprastai pagamintą iš alavo dioksido (SNO2).„SnO2“ yra N tipo puslaidininkis, turintis daug laisvųjų elektronų, kurie yra tinkami elektros energijai atlikti.

Funkcija švariame ore

Švaraus ore atmosferos deguonies molekulės pritvirtintos prie SNO2 paviršiaus.Šios deguonies molekulės užfiksuoja laisvus elektronus iš SNO2, sukurdamos barjerą, kuris sustabdo srovės srautą.Todėl jutiklio išėjimas yra lygus nuliui arba pradinėje srityje.

Reakcija į toksiškas ar degias dujas

Kai šios dujos yra veikiamos toksiškų ar degių dujų, šios dujos reaguoja su deguonimi ant SNO2 paviršiaus, išlaisvindamos įstrigusius elektronus.Šis laisvųjų elektronų padidėjimas padidina SNO2 laidumą.Šio laidumo pokyčio lygis atitinka dujų koncentraciją.

Kaip naudoti dujų jutiklį?

26 paveikslas: Dujų jutiklio modulis ir 4 gnybtai

Pagrindiniame dujų jutiklyje yra šeši gnybtai: keturi įvesties/išvesties (pažymėta A, A, B, B) ir du ritės kaitinimui (pažymėta H, H).Įvesties/išvesties gnybtus galima naudoti pakaitomis.Dujų jutikliai dažnai būna kaip moduliai, apimantys patį jutiklį ir palyginamąjį IC.Šie moduliai paprastai turi keturis gnybtus: VCC (maitinimo šaltinis), GND (žemė), skaitmeninis išėjimas (signalas, rodantis dujų buvimą) ir analoginė išvestis (nuolatinė įtampa, rodanti dujų koncentraciją).

Padidėja jutiklio išėjimas

Kadangi vien tik dujų jutiklis sukuria nedidelę išvestį (milivoltuose), norint paversti šį išvestį skaitmeniniu signalu, reikia išorinės grandinės.Šioje konversijoje naudojamas lygintuvas (paprastai LM393), reguliuojamas potenciometras, papildomi rezistoriai ir kondensatoriai.LM393 lygintuvas paima jutiklio išvestį, palygina jį su etalonine įtampa ir pateikia skaitmeninę išvestį.Potenciometras nustato dujų koncentracijos lygį, kuris sukelia didelę išėjimą.

Pagrindinė dujų jutiklio modulio grandinės schema

27 paveikslas: Dujų jutiklio pagrindinė grandinės schema dujų jutiklio modulyje

Dujų jutiklio grandinėje yra įvesties/išvesties gnybtai (A ir B) ir šildytuvo gnybtai (H).Šildytuvo ritė turi gauti pakankamai įtampos, kad suaktyvintų jutiklį.Be šios įvesties įtampos išėjimo srovė yra nereikšminga.Kai maitinamas, jutimo sluoksnis gali aptikti dujas.

Nėra dujų:

Jutimo sluoksnio atsparumas nesikeičia, todėl susidaro minimali išėjimo srovė.

Dujos:

Iš anksto įkaitinta ritė palengvina aptikimą keičiant medžiagos pasipriešinimą, pakeisdama srovės srautą esant atsparumui apkrovai (RL).

RL vertė, paprastai nuo 10kΩ iki 47 kΩ, kalibruojama atsižvelgiant į norimą jautrumą dujų koncentracijai.Mažesnės pasipriešinimo vertės sumažina jautrumą, o didesnės varžos vertės padidina jautrumą.Grandinėje taip pat yra LM393 OP-AMP, kuris analoginį signalą paverčia skaitmeniniu.„10K“ potenciometras, esantis laive, leidžia sureguliuoti jutiklio modulio jautrumą.Du šviesos diodai pateikia vaizdinius rodiklius: vienas galiai (nurodant plokštę yra maitinama), o kitas - suaktyvinimui (nurodant nustatytą slenkstį).Kontresaciniai atsiejimo kondensatoriai sumažina triukšmą, užtikrindami stabilius ir tikslius jutiklių rodmenis.

Populiariausi dujų jutikliai

Puslaidininkinių dujų jutiklių MQ serijos, įskaitant tokius modelius kaip MQ-2, MQ-3, MQ-4, MQ-5, MQ-6, MQ-7, MQ-8, MQ-9, MQ-131, MQ-135, MQ-136, MQ-137, MQ-138, MQ-214, MQ-303A, MQ-306A ir MQ-309A yra gerai vertinami už jų patikimumą ir tikslumą įvairiose programose.Šie jutikliai atitinka daugybę aplinkos ir pramoninių reikalavimų.

28 paveikslas: Įvairių dujų jutiklio tipų lentelė

MQ-2: Nustato degias dujas ir dūmus.

Įkaitinkite jutiklį 24 valandas.Kalibruokite žinomą tikslinių dujų koncentraciją, tokią kaip 1000 ppm metano.Sureguliuokite atsparumą apkrovai pagal išėjimo įtampą.

Stebėkite lėtą atsparumo padidėjimą, nes vidinis šildytuvas stabilizuojasi.Prieš imdamiesi skaitymų, įsitikinkite, kad jutiklis visiškai sušilo, kad išvengtumėte netikslumų.

MQ-3: Alkoholio garų aptikimas, dažnai naudojamas kvėpavimo takuose.

Prieš pradėdami naudoti, pašildykite jutiklį mažiausiai 48 valandas.Kalibruokite 0,4 mg/l alkoholio ore.Sureguliuokite apkrovos rezistorių, kad atitiktų konkrečius programų poreikius.

Stebėkite jautrumo dreifą kalibravimo metu ir sureguliuokite intervalus pagal stabilumą.Įrašykite aplinkos temperatūrą ir drėgmę, nes jos turi įtakos tikslumui.

MQ-4: Metano ir gamtinių dujų aptikimas.

Įkaitinkite 24 valandas.Kalibruokite kontroliuojamoje aplinkoje su 5000 ppm metano.Atitinkamai sureguliuokite apkrovos rezistorių.

Atidžiai stebėkite reagavimo laiką.Lėtas atsakas gali reikšti problemas, susijusias su šildytuvo ar temperatūros stabilumu aplinkoje.

MQ-5: SND, gamtinės dujos ir anglių dujų aptikimas.

Panašiai kaip MQ-4, tačiau kalibruokite kelias dujas, naudojant specifines koncentracijas.

Kalibravimo metu palaikykite stabilią aplinką.Temperatūros svyravimai gali sukelti reikšmingų rodmenų skirtumų.

MQ-6: Nustato SND, butaną, izobutaną ir propaną.

Įkaitinkite ir kalibruokite kaip MQ-5.Užtikrinkite tinkamą ventiliaciją, kad kalibravimo metu būtų išvengta pavojingų dujų koncentracijos.

Atkreipkite dėmesį į jutiklio atkūrimo laiką po didelės dujų koncentracijos.Ilgalaikis poveikis gali prisotinti jutiklį, reikalaujant ilgesnio atsigavimo laikotarpio.

MQ-7: Anglies monoksido aptikimas.

Įkaitinkite 48 valandas.Kalibruokite 100 ppm CO aplinkoje.Sureguliuokite apkrovos rezistorių, kad atitiktų norimą jautrumą.

Stebėkite elgesį svyruojančioje temperatūroje, nes CO jutikliai yra jautrūs temperatūros pokyčiams.Jei reikia, įgyvendinkite kompensacijos algoritmą.

MQ-8: Vandenilio dujų aptikimas.

Įkaitinkite 24 valandas.Kalibruokite 1000 ppm vandenilio aplinkoje.Sureguliuokite apkrovos atsparumą, kad būtų optimalus našumas.

Įsitikinkite, kad kalibravimo aplinkoje nėra kitų dujų ir teršalų, nes vandenilio jutikliai yra labai jautrūs užteršimui.

MQ-9: Nustato anglies monoksidą ir degias dujas.

Įkaitinkite 48 valandas.Kalibruokite atskirai CO ir deginamoms dujoms, naudojant žinomas koncentracijas.Kiekvienam dujų aptikimui sureguliuokite apkrovos rezistorius.

Įsitikinkite, kad kalibravimas vienoms dujoms netrukdo jautrumui kitam.Sutelkite dėmesį į dvigubo dujų aptikimo galimybes.

MQ-131: Ozono aptikimas.

Įkaitinkite 24 valandas.Kalibruokite 0,1 ppm ozono aplinkoje.Atitinkamai sureguliuokite apkrovos atsparumą.

Reguliariai patikrinkite jutiklio jautrumą ir perkalibruokite, nes ozono jutikliai laikui bėgant gali skaidytis, veikiant didelėms koncentracijoms.

MQ-135: Oro kokybės jutiklis, aptinkantis NH3, NOX, alkoholį, benzeną, dūmus ir CO2.

Įkaitinkite 24 valandas.Kiekvienoms konkrečioms dujoms kalibruoti naudokite įvairias kontroliuojamas dujų aplinka.

Išsami kiekvieno dujų tipo kalibravimo parametrų duomenys.Reguliarus perkalibravimas yra geras, kad būtų išlaikytas tikslumas dėl plataus aptinkamų dujų diapazono.

MQ-136 į MQ-309A: Kiekvienas jutiklis nukreiptas į specifines dujas ir turi panašų kalibravimą, kaip aprašyta kaip MQ-135.

Įkaitinkite 24 valandas ir naudokite įvairią kontroliuojamą dujų aplinką, kad galėtumėte kalibruoti kiekvienas konkrečias dujas.

Supraskite specifinį kiekvieno jutiklio jautrumą ir kryžminį jautrumą.Reguliariai priežiūra, kalibravimas ir aplinkos kontrolė yra pagrindiniai optimalūs našumai.

Dujų jutiklio taikymas

Pramoninis saugumas: Pramoninėje aplinkoje dujų jutikliai stebi toksiškas dujas, tokias kaip anglies monoksidas, metanas ir vandenilio sulfidas.Šie jutikliai yra sumontuoti tose vietose, kuriose yra nuotėkio, pavyzdžiui, chemijos gamyklos, gamybos įrenginiai ir saugojimo įrenginiai.Jie veikia nuolat, siųsdami realaus laiko duomenis į centrinę valdymo sistemą.Kai dujų lygis viršija nustatytus slenksčius, sistema suaktyvina aliarmą ir automatinį išjungimą, kad būtų išvengta pavojų.Operatoriai reguliariai kalibruoja šiuos jutiklius, atlieka lauko patikrinimus ir nulinio rodiklio kalibravimą, kad būtų užtikrintas tikslumas.

Namų ūkio sauga: Namuose dujų jutikliai nustato gamtinių dujų ar propano nutekėjimus, užkertant kelią sprogimui ar apsinuodijimui.Šie jutikliai dažnai yra išmaniųjų namų sistemų dalis, įspėjantys namų savininkus per išmaniuosius telefonus arba susisiekdami su avarinėmis paslaugomis.Paprastai jie yra montuojami virtuvėse, rūsiuose arba šalia dujų prietaisų.Namų savininkai turėtų reguliariai išbandyti šiuos prietaisus ir pakeisti baterijas, jei reikia, kad jie galėtų veikti.

Naftos ir dujų pramonė: Ant naftos platformų dujų jutikliai stebi nepastovius organinius junginius (LOJ) ir kitas pavojingas dujas.Šie jutikliai yra sukurti taip, kad atlaikytų atšiaurias jūros sąlygas, tokias kaip ekstremali temperatūra ir drėgmė.Jie yra didesnės saugos sistemos dalis, apimanti ventiliacijos valdymą ir avarinio išjungimo mechanizmus.Kasdieniai patikrinimai užtikrina, kad jutikliuose nėra teršalų ir tinkamai veikiami, o reguliuojami vietoje naudojant nešiojamuosius kalibravimo įtaisus.

Svetingumo pramonė: Viešbučiuose dujų jutikliai vykdo nerūkymo politiką, aptikdami cigarečių dūmus ir sukeldami ventiliacijos sistemas ar aliarmus.Šie jutikliai, diskretiškai įrengtos svečių kambariuose ir bendrose vietose, padeda viešbučių valdymui nedelsdami išspręsti pažeidimus ir išlaikyti aplinką be dūmų.Reguliarūs techninės priežiūros patikrinimai išvalo jutiklius ir patikrina jų jautrumą dūmų dalelėms.

Biurų aplinka: Biurų pastatuose dujų jutikliai stebi vidaus oro kokybę, daugiausia dėmesio skiriant teršalams, tokiems kaip anglies dioksidas, LOJ ir kietosios dalelės.Šie jutikliai, integruoti į ŠVOK sistemas, reguliuoja oro srautą, kad būtų užtikrinta sveika darbo vieta.Įrenginių valdytojai analizuoja jutiklių duomenis, kad optimizuotų ventiliaciją, mažindami energijos sąnaudas, išlaikydami oro kokybę.Atliekami periodiniai kalibravimo ir programinės įrangos atnaujinimai, siekiant pagerinti jutiklio našumą.

Oro kondicionavimo sistemos: Oro kondicionierių dujų jutikliai valdo CO2 lygį, pagerindami vidaus oro kokybę.Dalį automatinės sistemos jie sureguliuoja ventiliacijos greitį, atsižvelgiant į realaus laiko CO2 koncentraciją.Technikai tikrina jutiklio funkcionalumą įprastos priežiūros metu, kad užtikrintų tikslius rodmenis ir optimalią oro kokybę.

Gaisro aptikimo sistemos: Dujų jutikliai gaisro aptikimo sistemose nustato dūmų ir toksiškų dujų, tokių kaip anglies monoksidas, anksti.Jie teikia įspėjimus, leidžiančius laiku evakuoti ir priešgaisrinės kontrolės priemones.Priešgaisrinės saugos darbuotojai reguliariai tikrina šias sistemas imituodama dūmų sąlygas, kad būtų užtikrintas jutiklio reagavimas ir patikimumas.

Kasybos operacijos: Kasybos metu dujų jutikliai nustato pavojingas dujas, tokias kaip metanas ir anglies monoksidas, darbuotojų saugai.Šie jutikliai yra tinklo saugos sistemos dalis, teikianti nuolatinį stebėjimo ir automatinį ventiliacijos koregavimą.Kalnakasiai taip pat nešiojamųjų dujų detektoriai taip pat turi papildomą saugos priemonę.Reguliarus jutiklių naudojimo ir reagavimo į ekstremalių situacijų procedūras mokymas užtikrina pasirengimą.

Kvėpavimo analizė: Dujų jutikliai kvėpavimo analizatoriuose matuoja alkoholio kiekį kraujyje (BAC), nustatant kvėpavimo etanolį.Teisėsaugai ir asmenims, naudojamiems stebėjimui, šiems prietaisams reikia kalibravimo su žinomais etanolio standartais, kad būtų išlaikytas tikslumas.Vartotojai laikosi griežtų protokolų, tokių kaip užtikrinimas, kad prietaisas būtų tinkama temperatūra ir išvengia užteršimo, kad užtikrintų patikimus rezultatus.

Išvada

Tobulėjant technologijoms, dujų jutikliai tampa galingesni ir plati, todėl padidina jų našumą ir todėl juos reikia daugelyje sričių, įskaitant pramonės saugumą ir namų ūkio saugumą.Supratimas, kaip veikia dujų jutikliai ir kaip juos išlaikyti, pabrėžia jų techninę svarbą ir reikšmingą indėlį siekiant apsaugoti gyvybes ir pagerinti mūsų aplinkos kokybę.Dujų jutikliai gamyklose, namuose ar viešosiose erdvėse yra esmė saugesnei, sveikesnei ateičiai.Tobulėjant technologijoms, dujų jutikliai tampa vis labiau tobulinami ir tobulinami, todėl padidina jų našumą ir daro juos būtinus daugelyje sričių, įskaitant pramonės saugumą ir namų ūkio saugumą.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kas yra dujų jutikliai?

Dujų jutiklis yra prietaisas, kuris nustato dujų buvimą ir koncentraciją ore.Tai paverčia cheminę informaciją iš dujų į elektroninį signalą, kurį galima išmatuoti ir išanalizuoti.

2. Koks yra dujų jutiklio tikslas?

Pagrindinis dujų jutiklio tikslas yra stebėti ir aptikti dujų nuotėkius ar pavojingų dujų buvimą.Tai padeda užtikrinti saugumą teikiant išankstinius įspėjimus apie pavojingus dujų lygį, užkirsti kelią avarijoms ir užtikrinti, kad laikomasi saugos taisyklių.

3. Kokie yra dujų jutiklio pranašumai?

Dujų jutikliai yra prietaisai, kurie nustato ir matuoja dujų koncentraciją ore, užtikrindami saugumą, užtikrinant ankstyvas įspėjimus apie pavojingas dujas.Jie yra tikslūs, siūlantys tikslus matavimus ir padidina saugumą įvairiose aplinkose per ankstyvą aptikimą.Dujų jutikliai gali būti integruoti į automatizuotas nuolatinio stebėjimo sistemas, sumažinant rankinių patikrinimų poreikį ir sumažinant darbo sąnaudas.Jų universalumas leidžia jiems aptikti platų dujų asortimentą, todėl jos yra tinkamos daugybei programų - nuo pramoninių gamyklų ir aplinkos stebėjimo iki gyvenamosios saugos ir medicininės aplinkos.Pavyzdys yra anglies monoksido jutiklis namuose, kuris įspėja keleivius į pavojingą CO dujų kiekį.

4. Kur naudojami dujų jutikliai?

Dujų jutikliai yra plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose ir nustatymuose, įskaitant dujų stebėjimą gamyklose, naftos perdirbimo gamyklose ir chemijos gamyklose, siekiant užtikrinti pramonės saugumą.Oro kokybės matavimas ir aplinkos apsaugos taršos nustatymas.Aptikti anglies monoksidą ir gamtinių dujų nutekėjimą namuose, siekiant saugumo.Kvėpavimo takų dujų stebėjimas sveikatos priežiūros srityje.Ir aptikti dujų išmetimą transporto priemonėse, siekiant užtikrinti aplinkos apsaugos standartų laikymąsi.

5. Koks yra dujų jutiklio pavyzdys?

Įprastas dujų jutiklio pavyzdys yra anglies monoksido (CO) jutiklis, naudojamas namuose.Šis jutiklis nustato CO dujas, kurios yra bespalvės ir bekvapės, todėl yra aliarmas, kai yra pavojingas lygis, kad būtų išvengta apsinuodijimo.

6. Kaip dirbti dujų jutiklį?

Dujų jutiklis veikia veikiant tikslinėms dujoms, kurios sąveikauja su jutiklio aptikimo medžiaga, sukeldama cheminę reakciją, kuri keičia jutiklio savybes.Šis pakeitimas paverčiamas elektroniniu signalu, kuris vėliau apdorojamas ir išmatuojamas taip, kad būtų skaitoma išėjimas, pavyzdžiui, skaitmeninė vertė ar aliarmas.Pavyzdžiui, anglies monoksido jutiklis namuose nuolat stebi orą.Jei aptinkamos CO dujos, jos reaguoja su jutikliu, sukurdamas elektroninį signalą, kuris sukelia aliarmą, jei CO lygis yra per aukštas, įspėdamas jus apie pavojų.