Tipos de sensores de gás e suas aplicações em equipamentos de detecção e monitoramento de gás
Com o desenvolvimento da indústria petroquímica, os tipos e faixas de aplicação de gases inflamáveis, explosivos e tóxicos aumentaram. Uma vez que esses gases vazem durante a produção, transporte e uso, causarão envenenamento, incêndio e até acidentes de explosão, colocando seriamente em risco a vida das pessoas e a segurança da propriedade. Devido à difusibilidade do próprio gás, após ocorrer um vazamento, o gás se difundirá ao longo da superfície do solo sob a ação da força do vento externo e do gradiente de concentração interno, formando uma explosão de combustão ou zona de perigo venenoso no local do acidente, e expandindo o área de risco.
Quando ocorrer um acidente com vazamento de gás, as medidas correspondentes devem ser tomadas o mais rápido possível para minimizar as perdas do acidente. A detecção oportuna e confiável do conteúdo de certos gases no ar, medidas corretivas oportunas e eficazes e métodos de descarte corretos para reduzir acidentes causados por vazamentos são condições necessárias para evitar grandes danos e perdas. Isto impõe requisitos mais elevados para equipamentos de detecção e monitoramento de gás. Como um importante detector de gás, o sensor de gás foi muito desenvolvido nos últimos anos. O desenvolvimento do sensor de gás torna sua aplicação cada vez mais extensa.
Visão geral do sensor de gás
Os países estrangeiros começaram a pesquisar e desenvolver sensores de gás na década de 1930. No passado, os sensores de gás eram utilizados principalmente para a detecção e alarme de gás de carvão, gás liquefeito de petróleo, gás natural e gás em minas. Atualmente, os tipos de gases que precisam ser detectados expandiram-se dos gases redutores originais (H2, C4H10, CH4) para gases tóxicos (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3).
Existem muitos tipos de sensores de gás. De acordo com os diferentes materiais de detecção de gás e características de detecção de gás utilizadas, ele pode ser dividido em tipo semicondutor, tipo eletrólito sólido, tipo eletroquímico, tipo de combustão de contato, tipo de polímero, etc.
Sensor de gás semicondutor
Este sensor usa principalmente materiais semicondutores sensíveis a gases. Desde que o sensor semicondutor de gás de óxido metálico foi lançado em 1962, ele tem sido amplamente utilizado devido às suas vantagens de alta sensibilidade e resposta rápida, e se tornou um dos maiores e mais utilizados sensores do mundo. De acordo com as diferentes formas de detecção da quantidade característica de detecção de gás, ela é dividida em dois tipos: tipo resistivo e tipo não resistivo.
O sensor de gás semicondutor resistivo funciona detectando a mudança do sensor de gás com o conteúdo do gás. Materiais sensíveis ao gás cerâmico de óxido metálico são usados principalmente. Com a pesquisa e desenvolvimento de novos materiais, como óxidos metálicos compostos e óxidos metálicos mistos nos últimos anos, as características e a faixa de aplicação deste sensor de gás foram bastante melhoradas. Por exemplo: o sensor de gás WO3 pode detectar a faixa de concentração de NH3 de 5 ppm a 50 ppm, o sensor de gás ZnO-CuO é muito sensível a 200 ppm de CO.
Sensores de gás semicondutores não resistivos funcionam com base no princípio de que a corrente ou tensão do sensor de gás muda com o conteúdo do gás. Existem principalmente tipos de diodo MOS e tipos de diodo de junção e sensores de gás tipo tubo de efeito de campo. A maioria dos gases de detecção são gases combustíveis, como hidrogênio e silano.
Sensor de gás eletrólito sólido
Os sensores de gás eletrólito sólido usam materiais sensores de gás eletrólito sólido como elementos sensores de gás. O princípio é que o material sensível ao gás gera íons ao passar pelo gás, formando assim uma força eletromotriz e medindo a força eletromotriz para medir a concentração do gás. Devido à alta condutividade, boa sensibilidade e seletividade deste sensor, ele tem sido amplamente utilizado e entrou em quase todos os campos da petroquímica, proteção ambiental, mineração, etc., perdendo apenas para sensores de gás semicondutor de óxido metálico. Por exemplo, YST-Au-WO3 para medir H2S, NH mais 4CaCO3 para medir NH3, etc.
Sensor de gás de combustão de contato
Pode ser dividido em tipo de combustão de contato direto e tipo de combustão de contato catalítico. Seu princípio de funcionamento é: quando o material sensível ao gás é energizado, o gás inflamável é oxidado e queimado sob a ação de um catalisador, e o calor gerado aquece o fio de aquecimento, alterando assim seu valor de resistência e medindo a mudança de resistência para medir a concentração do gás. Este sensor só pode medir gases combustíveis e é insensível a gases não combustíveis. Por exemplo, sensores feitos por revestimento de catalisadores ativos Rh e Pd em fio de Pt possuem características de amplo espectro, ou seja, podem detectar diversos gases combustíveis. O sensor de gás de combustão de contato é muito estável à temperatura ambiente e pode detectar a maioria dos gases inflamáveis com limite inferior de explosão. É amplamente utilizado no monitoramento e alarme de gases inflamáveis em plantas petroquímicas, estaleiros, túneis de minas, banheiros, cozinhas, etc.
Sensor de gás polímero
Sensores de gás que usam materiais poliméricos para detecção de gás foram bastante desenvolvidos nos últimos anos. Quando o material polimérico sensor de gás encontra um gás específico, suas propriedades físicas, como resistência, constante dielétrica, velocidade e frequência de propagação da onda acústica na superfície do material e peso do material, mudarão. Existem principalmente polímeros de ftalocianina, filme LB, fenilcianina acetileno, álcool polivinílico-ácido fosfórico, poliisobutileno, aminoundecil silano, etc. Os materiais poliméricos sensores de gás desempenham um papel importante na detecção de gases tóxicos e frescor de alimentos devido à sua facilidade de operação, processo simples, boa seletividade em temperatura ambiente, baixo preço e fácil combinação com sensores de microestrutura e dispositivos de ondas acústicas de superfície. De acordo com as propriedades de detecção de gás dos materiais utilizados, este tipo de sensor pode ser dividido em: sensores de gás resistivos poliméricos que medem a concentração de gás medindo a resistência dos materiais sensores de gás; sensores de gás tipo bateria de concentração que medem a força eletromotriz para determinar a concentração de gás formando uma célula de concentração quando o material sensor de gás absorve gás; sensores de gás de ondas acústicas de superfície que são feitos com base no princípio de que a velocidade ou frequência de propagação das ondas sonoras na superfície do material muda depois que o polímero sensor de gás absorve o gás; O sensor de gás polímero possui alta sensibilidade a moléculas de gás específicas, boa seletividade, estrutura simples, pode ser usado em temperatura normal e pode complementar as deficiências de outros sensores de gás.
