Cảm biến khí ga | Gas sensors

Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của Các loại cảm biến khí gas trên thị trường

Các nhà sinh vật học cho rằng mũi người có thể phân biệt khoảng 10.000 mùi. Mũi chó có thể phân biệt khoảng 2 triệu mùi khác nhau và cũng có "khả năng phân tích" cao. Có thể tìm thấy một mùi cụ thể từ nhiều mùi hỗn hợp. Mặc dù vậy, vẫn còn nhiều loại khí không màu và không mùi trong tự nhiên mà cả con người và động vật đều không thể ngửi thấy. Do đó, chúng ta sử dụng cảm biến khí để đo nồng độ của các loại khí khác nhau.

Cảm biến khí phát hiện một loại khí cụ thể và đo xem khí đó có hiện diện gần cảm biến hay hàm lượng khí đó trong không khí hay không. Do đó, cảm biến khí thường không thể thiếu trong các hệ thống an toàn. Cảm biến khí có nhiều loại khác nhau và có thể đo các loại khí khác nhau. Có các cảm biến đo các loại khí không độc hại như oxy và carbon dioxide và các cảm biến phát hiện các loại khí độc hại như carbon monoxide, TVOC và amoniac. Cảm biến khí thường được sử dụng ở những nơi dễ cháy, dễ nổ và độc hại để bảo vệ người lao động.
 

Cảm biến khí gas là gì?

Cảm biến khí sử dụng các phản ứng vật lý hoặc hóa học để chuyển đổi nồng độ của các loại khí khác nhau thành tín hiệu điện và đưa ra các giá trị sau khi tính toán. Được sử dụng rộng rãi để phát hiện khí độc và có hại và rò rỉ khí đốt tự nhiên.

Cảm biến khí là thiết bị được sử dụng để theo dõi sự hiện diện hoặc mức khí trong môi trường tĩnh. Thường được sử dụng trong các mỏ than, dầu mỏ, hóa chất, đô thị, y tế, giao thông vận tải, gia đình, v.v. Cảm biến khí có thể đo sự hiện diện và nồng độ khí dễ cháy, dễ bắt lửa, khí độc hoặc mức tiêu thụ oxy.
 

Các loại cảm biến khí

Có nhiều loại cảm biến khí, để chọn được cảm biến khí phù hợp nhất, chúng ta cần hiểu các đặc điểm khác nhau của cảm biến. Ví dụ: Cảm biến nào có thể đo khí độc? Cảm biến nào tiện mang theo? Cảm biến nào đo chính xác hơn? Nếu bạn hiểu đủ về cảm biến, bạn chắc chắn có thể đưa ra lựa chọn đúng đắn.
 

Theo các loại khí khác nhau

có thể chia thành cảm biến khí dễ cháy (thường sử dụng đốt xúc tác, hồng ngoại, dẫn nhiệt, loại bán dẫn), cảm biến khí độc (thường sử dụng điện hóa, kim loại-bán dẫn, quang ion hóa, ion hóa ngọn lửa), cảm biến khí độc hại (thường là hồng ngoại, cực tím, v.v.), oxy (thường là thuận từ, zirconia) và các loại khác.
 

Theo các phương pháp sử dụng khác nhau

có thể chia thành máy dò khí di động và máy dò khí cố định.
 

Theo các phương pháp lấy mẫu khác nhau

có thể chia thành cảm biến khuếch tán (cảm biến được lắp trực tiếp trong môi trường đo và khí đo tiếp xúc trực tiếp với bộ phận phát hiện thông qua khuếch tán tự nhiên), cảm biến bơm (thông qua bơm hút, v.v., khí được hút vào bộ phận phát hiện. Theo khí cần pha loãng, có thể chia thành hít vào hoàn toàn và hít vào pha loãng).
 

Theo các chức năng khác nhau

có thể chia thành cảm biến khí đơn (chỉ có thể phát hiện một khí) và cảm biến khí tổng hợp (có thể phát hiện nhiều khí cùng một lúc).
 

Theo các nguyên lý phát hiện khác nhau

có thể chia thành cảm biến khí bán dẫn, cảm biến khí điện hóa, cảm biến khí NDIR, cảm biến khí xúc tác, cảm biến khí dẫn nhiệt, cảm biến khí từ tính, v.v.

Phân loại theo các nguyên lý hoạt động khác nhau hiện đang được sử dụng phổ biến nhất. Bài viết sau đây sẽ giới thiệu cho bạn bảy cảm biến khí chi tiết, cũng như nguyên lý và ứng dụng của chúng
 

Cảm biến khí bán dẫn

Cảm biến khí bán dẫn là thiết bị sử dụng phần tử bán dẫn làm đơn vị đo. Nguyên lý hoạt động của nó là khí trải qua phản ứng oxy hóa khử trên chất bán dẫn, khiến giá trị điện trở thay đổi. Khi khí đi qua ô đo, nó hấp phụ trên bề mặt của ô đo và phản ứng. Mức khí được đo bằng cách gây ra sự thay đổi về độ dẫn điện hoặc điện thế được đặc trưng bởi chuyển động của hạt mang.

Ví dụ, khi khí mêtan đi qua ô đo, một phản ứng xảy ra tiêu thụ oxy. Các electron bị ghim được giải phóng và các electron được trả lại chất bán dẫn, làm tăng độ dẫn điện. Khi các electron được cố định bởi oxy, điện trở tăng lên; khi mêtan phản ứng với oxy và các electron trở lại chất bán dẫn, điện trở giảm. Sự thay đổi điện trở liên quan đến sự có mặt, vắng mặt và lượng mêtan, và hàm lượng mêtan có thể được biết bằng cách đo sự thay đổi điện trở.
 

Ưu điểm

cấu trúc đơn giản, giá thành thấp, độ nhạy phát hiện cao, tốc độ phản ứng nhanh, v.v.
 

Nhược điểm

Phạm vi tuyến tính đo lường nhỏ. Nó bị nhiễu rất nhiều bởi các loại khí khác trong không khí và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường.

Đây là cảm biến khí phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi để phát hiện rò rỉ khí dễ cháy trong nhà và nhà máy, và phù hợp với khí mê-tan, khí hóa lỏng, hydro, v.v.
 

Cảm biến khí điện hóa

Cảm biến khí điện hóa phản ứng với khí được đo và tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ thuận với nồng độ khí. Hầu hết các cảm biến khí điện hóa đều là cảm biến dòng điện, tạo ra dòng điện tỷ lệ thuận với nồng độ khí.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí điện hóa: khí đi qua màng ngăn ngăn ngưng tụ và màng ngăn này cũng có tác dụng chống bụi. Sau đó, các phân tử khí khuếch tán qua bộ lọc và đến điện cực làm việc. Tại đây, khí bị oxy hóa hoặc khử và phản ứng điện hóa này gây ra sự thay đổi dòng điện chạy qua mạch ngoài.

Cảm biến dựa trên nguyên lý hoạt động điện hóa, đơn giản nhất là hệ thống hai điện cực. Điện cực làm việc và điện cực đối diện của nó được tách biệt bằng chất điện phân và được kết nối với mạch ngoài bằng điện trở nhỏ. Khi khí khuếch tán vào cảm biến, nó phản ứng để tạo ra dòng điện. Càng nhiều khí thì dòng điện càng lớn.
 

Cảm biến khí điện hóa

Ưu điểm

phản ứng nhanh, đầu ra tuyến tính tốt và các ưu điểm khác.
 

Nhược điểm

Cần phải phát hiện trong môi trường có oxy (1-10% VOL) ​​và chất điện phân lỏng cần phải được tiêu thụ trong quá trình sử dụng. Dễ bị nhiễu loạn bởi nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và các loại khí có tính chất hóa học tương tự. Nếu có khí hỗn hợp tại chỗ, rất dễ gây ra lỗi.

Các cảm biến khí này được sử dụng rộng rãi trong phát hiện khí trong các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Nó có thể phát hiện ozone, formaldehyde, carbon monoxide, amoniac, hydro sunfua, lưu huỳnh dioxide, nitơ dioxide, oxy và các loại khí khác. Nó thường được sử dụng trong các thiết bị di động và thiết bị giám sát khí trực tuyến.
 

Cảm biến khí NDIR

Cảm biến khí NDIR (hồng ngoại không phân tán) phát ra ánh sáng hồng ngoại để làm cho các phân tử khí rung động. Nguyên lý hoạt động là các loại khí khác nhau có thể hấp thụ các bước sóng hồng ngoại khác nhau. Càng có nhiều khí, thì càng ít ánh sáng hồng ngoại có thể đi qua. Khi tia hồng ngoại đi qua khí trong khu vực đo, các tia hồng ngoại cộng hưởng với các phân tử khí và được các phân tử khí hấp thụ khi các phân tử rung động.

Điều này làm suy yếu các tia hồng ngoại được truyền đi. Các phân tử khí rung động ở các tần số khác nhau. Một số nguyên tử rất nhỏ và nhẹ, vì vậy chúng rung động ở tần số cao. Ví dụ, tần số rung động của phân tử mêtan là 333KHz và bước sóng trung tâm là 3,3um. Do trọng lượng phân tử khác nhau nên bước sóng hấp thụ hồng ngoại cũng khác nhau, như thể hiện trong hình sau:
 

Ưu điểm

- Các cảm biến thông dụng trên thị trường như cảm biến đốt xúc tác (CAT), cảm biến điện hóa (EC) và cảm biến bán dẫn không thể đo bất kỳ loại khí nào. Ví dụ, không thể đo CO2, nhưng cảm biến NDIR có thể đo CO2. Các loại khí thường được đo nhất đối với NDIR là CH4 và CO2.

- Không cần oxy. Cảm biến CAT cần oxy để tham gia phản ứng oxy hóa. Nhưng NDIR là cảm biến quang học và không cần oxy tham gia.

- Nồng độ đo có thể đạt tới 100%v/v. Vì đặc điểm tín hiệu của cảm biến NDIR là: trong môi trường bình thường, cường độ tín hiệu là lớn nhất; nồng độ khí đo được càng lớn thì tín hiệu càng nhỏ.

- Độ ổn định tốt. Độ ổn định của cảm biến NDIR về cơ bản phụ thuộc vào nguồn sáng. Chỉ cần chọn nguồn sáng tốt thì độ ổn định lâu dài sẽ rất tuyệt vời và có thể đạt được mà không cần hiệu chuẩn trong 2 năm.

- Chi phí bảo trì thấp.
Nhược điểm: Cảm biến NDIR tiêu thụ nhiều điện năng. Đo nồng độ khí ở mức ppm rất tốn kém. Cấu trúc, phần mềm và phần cứng phức tạp hơn và giá thành tương đối đắt.
 

Cảm biến khí xúc tác

Cảm biến này thực chất là một máy dò khí dựa trên cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim. Một lớp xúc tác chịu nhiệt độ cao được chuẩn bị trên bề mặt của điện trở bạch kim và ở một nhiệt độ nhất định, khí dễ cháy được đốt cháy xúc tác trên bề mặt. Do đó, nhiệt độ điện trở bạch kim tăng lên, dẫn đến thay đổi giá trị điện trở.
 

Cảm biến khí xúc tác

Vì cảm biến khí xúc tác điện trở bạch kim thường được bọc bằng các hạt gốm xốp nên cảm biến này còn được gọi là cảm biến khí hạt xúc tác. Về lý thuyết, cảm biến này có thể phát hiện tất cả các loại khí dễ cháy, nhưng có nhiều trường hợp ngoại lệ trong các ứng dụng thực tế. Cảm biến này thường có thể được sử dụng để phát hiện các loại khí dễ cháy như mêtan, LPG, axeton, v.v. trong không khí.
 

Ưu điểm

Khả năng chống chịu tốt với khí hậu khắc nghiệt và khí độc, tuổi thọ cao. Có thể phát hiện tất cả các loại khí dễ cháy, bao gồm cả ankan và không phải ankan. Chi phí bảo trì thấp.
 

Nhược điểm

làm việc trong bóng tối, dễ nổ hoặc bắt lửa. Các thành phần dễ bị ngộ độc bởi các hợp chất sunfua và halogen, làm giảm tuổi thọ của chúng. Trong môi trường thiếu oxy, lỗi sẽ lớn hơn.

Cảm biến này chủ yếu được sử dụng để phát hiện khí dễ cháy, chẳng hạn như các trạm phát điện khí và nhà máy khí để phân tích CO, H2, C2H2 và các khí dễ cháy khác trong không khí.
 

Cảm biến khí từ

Sau khi cảm biến khí từ cảm nhận nhiệt, ánh sáng, bức xạ và áp suất trong môi trường, các tính chất từ ​​của nó cũng sẽ thay đổi theo. Sử dụng tính năng này, có thể tạo ra nhiều cảm biến đáng tin cậy và có độ nhạy cao. Máy dò khí từ chủ yếu là đầu dò từ có khả năng đo tương đối mạnh. Khi đo khí, người ta thường sử dụng các tính chất từ ​​cao của oxy để đo nồng độ oxy. Bởi vì oxy trong không khí có thể bị thu hút bởi từ trường mạnh. Các cảm biến phân tích oxy đối lưu nhiệt từ và cảm biến phân tích oxy từ cơ học thường được sử dụng.
 

Ưu điểm

Phát hiện oxy với độ chọn lọc tuyệt vời. Máy phân tích oxy từ có độ chính xác cao.
 

Nhược điểm

loại đo đơn, phạm vi ứng dụng nhỏ.
Thường được sử dụng trong sản xuất phân bón hóa học, tách khí lạnh, hệ thống đốt của nhà máy nhiệt điện, khí tự nhiên thành axetilen và các phép đo oxy sản xuất công nghiệp khác. Giám sát khí thải, khí đuôi, khí thải và các khí thải khác.
 

Cảm biến khí quang ion hóa

Cảm biến khí quang ion hóa (PID) hoạt động bằng cách sử dụng khí quang ion hóa để phát hiện khí. Nói một cách đơn giản, khí được chiếu xạ bằng tia cực tím do đèn ion tạo ra và khí sẽ bị ion hóa sau khi hấp thụ đủ năng lượng tia cực tím. Mức khí đo được được tính toán bằng cách phát hiện dòng điện nhỏ do quá trình ion hóa khí tạo ra. Nó có thể phát hiện các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các khí độc khác từ 10ppb đến 10000ppm. Nhiều chất nguy hiểm chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và PID rất nhạy với các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.
 

Cảm biến khí PID

Ưu điểm

PID có độ nhạy cao, không gây ngộ độc, an toàn và đáng tin cậy. Có thể phát hiện hơn 400 loại khí hữu cơ dễ bay hơi.
 

Nhược điểm

không thể đo không khí, khí độc và khí tự nhiên, v.v.

Đây là thiết bị nhạy nhất để phát hiện các chất hữu cơ dễ bay hơi, đặc biệt là đối với những rò rỉ khí có nồng độ rất thấp, có những ưu điểm không thể so sánh được so với các máy dò khác.
 

Cảm biến khí dẫn nhiệt

Cảm biến khí dẫn nhiệt là thiết bị có thể cảm nhận một loại khí nhất định trong môi trường. Thiết bị này chuyển đổi thông tin về nồng độ khí thành tín hiệu điện để phát hiện, giám sát, phân tích và báo động. Các vật liệu nhạy cảm với khí dẫn nhiệt đo nồng độ của chúng dựa trên sự khác biệt về độ dẫn nhiệt giữa các loại khí và không khí khác nhau. Thông thường, sự thay đổi về độ dẫn nhiệt được chuyển thành sự thay đổi về điện trở thông qua mạch. Loại khí và mức khí được tính toán từ sự thay đổi về giá trị điện trở.
 

Cảm biến khí dẫn nhiệt

Ưu điểm

phạm vi phát hiện rộng, nồng độ phát hiện cao nhất có thể đạt 100%. Độ ổn định làm việc tốt, tuổi thọ cao, không có vấn đề lão hóa chất xúc tác.
 

Nhược điểm

độ chính xác phát hiện kém, độ nhạy thấp, nhiệt độ trôi.

Cảm biến khí này được sử dụng rộng rãi trong hóa chất, than, quân sự, môi trường, v.v., chỉ để tối ưu hóa tốt hơn hiệu suất của cảm biến.
 

Máy phân tích sắc ký khí

Dựa trên công nghệ tách sắc ký và công nghệ phát hiện, nhiều mẫu khí khác nhau được tách ra và đo lường. Do đó, cảm biến phân tích đầy đủ. Nó đã được sử dụng trong các thử nghiệm nồi hơi nhà máy điện.

Trong quá trình làm việc, một mẫu khí nhất định được lấy định kỳ từ thiết bị lấy mẫu. Cột sắc ký được mang theo khí mang tinh khiết (tức là pha động) với lưu lượng nhất định và cột sắc ký được đổ đầy chất rắn hoặc chất lỏng gọi là pha tĩnh. Các thành phần được phân phối lặp đi lặp lại trong hai pha và chảy ra khỏi cột sắc ký theo thời gian và đi vào máy dò để xác định định lượng.
 

Ưu điểm

độ nhạy cao, phù hợp với phân tích vi mô và vết, có thể phân tích khí tách đa pha phức tạp.
 

Nhược điểm

Lấy mẫu thường xuyên không thể đạt được lấy mẫu và phân tích liên tục, hệ thống phức tạp hơn. Chủ yếu được sử dụng để phân tích trong phòng thí nghiệm, không phù hợp để giám sát khí công nghiệp.

 

Cảm biến khí ga | Gas sensors nào và của hãng nào phù hợp với nhu cầu sử dụng của bạn

Khi đang cần tìm mua chính xác Cảm biến khí ga | Gas sensors phù hợp với nhu cầu đang cần, https://DienElectric.Com phân phối bán, với cách phân loại theo hãng: Siemens, Schneider, ABB, AB, TE, IFM, SICK, Telemecanique, Balluff; Pepperl+Fuchs, Omron, Autonics, Honeywell, Emerson, Plumberstar, ABB, Yokogawa, Azbil, Badger Meter, Krohne Messtechnik, Danfoss, Rexroth, Sensirion, Krohne, Badger Meter, McCrometer, Wyatt Engineering, NIVUS, ..; theo mục đích sử dụng; cung cấp đầy đủ, chi tiết, chính xác thông tin, cũng như những tư vấn chính xác, tận tình, và ngay lập tức sẽ cho bạn kết quả như ý muốn. Vì sự hài lòng của khách hàng chính là thành công của chúng tôi.

 

Cảm biến khí ga | Gas sensors đang được phân phối tại ANH TY Co., LTD | https://DienElectric.com