ประเภทของเซ็นเซอร์ก๊าซและการประยุกต์ในอุปกรณ์ตรวจจับและติดตามก๊าซ
ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ประเภทและช่วงการใช้งานของก๊าซไวไฟ ก๊าซระเบิด และก๊าซพิษได้เพิ่มขึ้น เมื่อก๊าซเหล่านี้รั่วไหลระหว่างการผลิต การขนส่ง และการใช้งาน จะทำให้เกิดพิษ ไฟไหม้ และแม้กระทั่งอุบัติเหตุการระเบิด ซึ่งเป็นอันตรายต่อชีวิตและทรัพย์สินของผู้คนอย่างร้ายแรง เนื่องจากการแพร่กระจายของก๊าซเอง หลังจากเกิดการรั่วไหล ก๊าซจะแพร่กระจายไปตามพื้นผิวดินภายใต้การกระทำของแรงลมภายนอกและการไล่ระดับความเข้มข้นภายใน ทำให้เกิดการระเบิดของการเผาไหม้หรือเขตอันตรายที่เป็นพิษ ณ ที่เกิดเหตุ และขยายขอบเขตของ พื้นที่อันตราย
เมื่อเกิดอุบัติเหตุแก๊สรั่ว จะต้องดำเนินมาตรการที่เกี่ยวข้องโดยเร็วที่สุดเพื่อลดการสูญเสียจากอุบัติเหตุ การตรวจจับปริมาณก๊าซบางชนิดในอากาศได้อย่างทันท่วงทีและเชื่อถือได้ มาตรการแก้ไขที่ทันท่วงทีและมีประสิทธิภาพ และวิธีการกำจัดที่ถูกต้องเพื่อลดอุบัติเหตุที่เกิดจากการรั่วไหลเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นในการหลีกเลี่ยงทรัพย์สินหลักและการบาดเจ็บล้มตาย ซึ่งทำให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับอุปกรณ์ตรวจจับและติดตามก๊าซ ในฐานะเครื่องตรวจจับก๊าซที่สำคัญ เซ็นเซอร์ก๊าซได้รับการพัฒนาอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาเซ็นเซอร์ก๊าซทำให้การใช้งานครอบคลุมมากขึ้นเรื่อยๆ
ภาพรวมเซ็นเซอร์ก๊าซ
ต่างประเทศเริ่มวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ก๊าซในช่วงทศวรรษที่ 1930 ในอดีต เซ็นเซอร์ก๊าซส่วนใหญ่จะใช้เพื่อตรวจจับและแจ้งเตือนก๊าซถ่านหิน ก๊าซปิโตรเลียมเหลว ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซในเหมือง ปัจจุบันประเภทของก๊าซที่ต้องตรวจจับได้ขยายจากก๊าซรีดิวซ์เดิม (H2, C4H10, CH4) ไปสู่ก๊าซพิษ (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3)
เซ็นเซอร์ก๊าซมีหลายประเภท ตามวัสดุตรวจจับก๊าซและลักษณะการตรวจจับก๊าซที่แตกต่างกันที่ใช้ มันสามารถแบ่งออกเป็นประเภทเซมิคอนดักเตอร์, ประเภทอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง, ประเภทไฟฟ้าเคมี, ประเภทการเผาไหม้แบบสัมผัส, ประเภทโพลีเมอร์ ฯลฯ
เซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์
เซ็นเซอร์นี้ใช้วัสดุที่ไวต่อก๊าซเซมิคอนดักเตอร์เป็นหลัก นับตั้งแต่เซ็นเซอร์ก๊าซโลหะออกไซด์ของเซมิคอนดักเตอร์เปิดตัวในปี 1962 ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีข้อดีด้านความไวสูงและการตอบสนองที่รวดเร็ว และได้กลายเป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในโลก ตามวิธีการต่างๆ ในการตรวจจับปริมาณลักษณะการตรวจจับก๊าซ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ ประเภทตัวต้านทานและประเภทไม่ต้านทาน
เซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์แบบต้านทานทำงานโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของเซ็นเซอร์ก๊าซที่มีปริมาณก๊าซ ส่วนใหญ่จะใช้วัสดุที่ไวต่อก๊าซเซรามิกโลหะออกไซด์ ด้วยการวิจัยและพัฒนาวัสดุใหม่ๆ เช่น ออกไซด์ของโลหะคอมโพสิตและออกไซด์ของโลหะผสมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คุณลักษณะและช่วงการใช้งานของเซ็นเซอร์ก๊าซนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น: เซ็นเซอร์ก๊าซ WO3 สามารถตรวจจับช่วงความเข้มข้นของ NH3 ได้ตั้งแต่ 5ppm ถึง 50ppm เซ็นเซอร์ก๊าซ ZnO-CuO มีความไวต่อ CO 200ppm มาก
เซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์แบบไม่ต้านทานทำงานบนหลักการที่ว่ากระแสหรือแรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ก๊าซเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณก๊าซ ส่วนใหญ่จะมีประเภทไดโอด MOS และประเภทไดโอดแยก และเซ็นเซอร์ก๊าซประเภทท่อเอฟเฟกต์สนาม ก๊าซตรวจจับส่วนใหญ่เป็นก๊าซที่ติดไฟได้ เช่น ไฮโดรเจนและไซเลน
เซ็นเซอร์ก๊าซอิเล็กโทรไลต์แข็ง
เซ็นเซอร์ก๊าซอิเล็กโทรไลต์แข็งใช้วัสดุตรวจจับก๊าซอิเล็กโทรไลต์แข็งเป็นองค์ประกอบตรวจจับก๊าซ หลักการก็คือ วัสดุที่ไวต่อแก๊สจะสร้างไอออนเมื่อผ่านแก๊ส ซึ่งทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า และวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพื่อวัดความเข้มข้นของแก๊ส เนื่องจากเซ็นเซอร์นี้มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ความไวที่ดีและการเลือกสรรที่ดี จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และเข้าสู่สาขาปิโตรเคมี การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม การขุด ฯลฯ เกือบทุกสาขา รองจากเซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ของโลหะเท่านั้น ตัวอย่างเช่น YST-Au-WO3 สำหรับการวัด H2S, NH บวก 4CaCO3 สำหรับการวัด NH3 เป็นต้น
ติดต่อเซ็นเซอร์ก๊าซเผาไหม้
สามารถแบ่งออกเป็นประเภทการเผาไหม้แบบสัมผัสโดยตรงและประเภทการเผาไหม้แบบสัมผัสตัวเร่งปฏิกิริยา หลักการทำงานของมันคือ: เมื่อมีการกระตุ้นวัสดุที่ไวต่อก๊าซ ก๊าซไวไฟจะถูกออกซิไดซ์และเผาไหม้ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา และความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้ลวดความร้อนร้อนขึ้น ซึ่งจะเปลี่ยนค่าความต้านทาน และการวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน เพื่อวัดความเข้มข้นของก๊าซ เซ็นเซอร์นี้สามารถตรวจวัดก๊าซที่ติดไฟได้เท่านั้น และไม่ไวต่อก๊าซที่ไม่ติดไฟ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ที่สร้างโดยการเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานอยู่ Rh และ Pd บนลวด Pt มีลักษณะเฉพาะในวงกว้าง กล่าวคือ เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับก๊าซที่ติดไฟได้ต่างๆ เซ็นเซอร์ก๊าซเผาไหม้แบบสัมผัสมีความเสถียรมากที่อุณหภูมิแวดล้อม และสามารถตรวจจับก๊าซไวไฟส่วนใหญ่โดยมีขีดจำกัดล่างของการระเบิด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบและแจ้งเตือนก๊าซไวไฟในโรงงานปิโตรเคมี อู่ต่อเรือ อุโมงค์เหมือง ห้องน้ำ ห้องครัว ฯลฯ
เซ็นเซอร์ก๊าซโพลีเมอร์
เซ็นเซอร์ก๊าซที่ใช้วัสดุตรวจจับก๊าซโพลีเมอร์ได้รับการพัฒนาอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อวัสดุตรวจจับก๊าซโพลีเมอร์พบกับก๊าซเฉพาะ คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ความต้านทาน ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ความเร็วและความถี่การแพร่กระจายคลื่นเสียงที่พื้นผิววัสดุ และน้ำหนักของวัสดุจะเปลี่ยนไป ส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์พธาโลไซยานีน ฟิล์ม LB ฟีนิลไซยานีนอะเซทิลีน กรดโพลีไวนิลแอลกอฮอล์-ฟอสฟอริก โพลีไอโซบิวทิลีน อะมิโนนเดซิลไซเลน ฯลฯ วัสดุตรวจจับก๊าซโพลีเมอร์มีบทบาทสำคัญในการตรวจจับก๊าซพิษและความสดของอาหารเนื่องจากใช้งานง่าย กระบวนการที่เรียบง่าย การเลือกสรรที่ดีที่อุณหภูมิห้อง ราคาต่ำ และการผสมผสานที่ง่ายดายกับเซ็นเซอร์โครงสร้างจุลภาคและอุปกรณ์คลื่นเสียงบนพื้นผิว ตามคุณสมบัติการตรวจจับก๊าซของวัสดุที่ใช้ เซ็นเซอร์ประเภทนี้สามารถแบ่งออกเป็น: เซ็นเซอร์ก๊าซต้านทานโพลีเมอร์ที่วัดความเข้มข้นของก๊าซโดยการวัดความต้านทานของวัสดุที่ตรวจจับก๊าซ; เซ็นเซอร์ก๊าซชนิดแบตเตอรี่ความเข้มข้นที่วัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพื่อกำหนดความเข้มข้นของก๊าซโดยการสร้างเซลล์ความเข้มข้นเมื่อวัสดุตรวจจับก๊าซดูดซับก๊าซ เซ็นเซอร์ก๊าซคลื่นเสียงพื้นผิวที่สร้างขึ้นบนหลักการที่ว่าความเร็วหรือความถี่การแพร่กระจายของคลื่นเสียงบนพื้นผิวของวัสดุเปลี่ยนแปลงไปหลังจากที่โพลีเมอร์ตรวจจับก๊าซดูดซับก๊าซ เซ็นเซอร์ก๊าซโพลีเมอร์มีความไวสูงต่อโมเลกุลของก๊าซเฉพาะ มีการคัดเลือกที่ดี โครงสร้างเรียบง่าย สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิปกติ และสามารถเสริมข้อบกพร่องของเซ็นเซอร์ก๊าซอื่นๆ
