Explique detalhadamente o princípio de detecção dos detectores de gás
Um detector de gás é um instrumento projetado especificamente para detectar a concentração segura de gases. Seu princípio de funcionamento envolve principalmente a conversão dos sinais não elétricos físicos ou químicos coletados pelos sensores de gás em sinais elétricos e, em seguida, retificação e filtragem dos sinais elétricos acima através de circuitos externos. Os sinais processados são então controlados pelos módulos correspondentes para obter a detecção de gás. No entanto, o núcleo de um detector de gás é um componente de sensor integrado, que distingue os princípios da tecnologia de detecção com base nos diferentes gases detectados. Seus princípios são divididos principalmente nas seguintes seis categorias:
1) Princípio de combustão catalítica:
O sensor de combustão catalítica utiliza o princípio do efeito térmico da combustão catalítica, consistindo em uma ponte de medição formada pelo emparelhamento de elementos de detecção e elementos de compensação. Sob certas condições de temperatura, o gás combustível sofre combustão sem chama na superfície do transportador do elemento de detecção e sob a ação do catalisador. A temperatura do transportador aumenta e a resistência do fio de platina dentro dele também aumenta de acordo, fazendo com que a ponte de equilíbrio perca o equilíbrio e emita um sinal elétrico proporcional à concentração de gás combustível. Medindo a magnitude da mudança na resistência do fio de platina, a concentração de gases combustíveis pode ser determinada.
Usado principalmente para detecção de gases combustíveis, com boa linearidade do sinal de saída, índice confiável, preço acessível e sem infecção cruzada com outros gases não combustíveis.
2) Princípio infravermelho:
Um sensor infravermelho passa continuamente o gás a ser medido através de um recipiente de determinado comprimento e volume e emite um feixe de luz infravermelha de uma das duas faces finais transparentes do recipiente. Quando o comprimento de onda do sensor infravermelho coincide com o espectro de absorção do gás medido, a energia infravermelha é absorvida e a atenuação da intensidade da luz infravermelha que passa pelo gás medido atende à lei de Lambert Beer. Quanto maior a concentração do gás, maior será a atenuação da luz. Neste ponto, a absorção da luz infravermelha é diretamente proporcional à concentração do material absorvente e, assim, a concentração do gás pode ser medida medindo a atenuação da luz infravermelha pelo gás.
Longa vida útil (3 a 5 anos de vida útil), alta sensibilidade, boa estabilidade e nenhuma toxicidade, menos interferência do meio ambiente e nenhuma dependência de oxigênio. Os sensores de gás infravermelho têm alta sensibilidade de monitoramento e podem distinguir com precisão até mesmo vestígios de PPB ou baixas concentrações de gases de grau PPM. A faixa de medição é ampla e geralmente pode analisar gás 100% VOL de alta concentração, bem como analisar análises de baixa concentração de nível 1ppb.
3) Princípios eletroquímicos:
Os sensores eletroquímicos normalmente consistem em três partes: eletrodos, eletrólitos e eletrodos semicondutores, que são os componentes principais do sensor. Eles são feitos de materiais metálicos ou semicondutores e podem reagir quimicamente com moléculas de gás. O eletrólito é um líquido condutor que pode conectar eletrodos com semicondutores para formar um circuito completo. O semicondutor é um material especial que pode converter o sinal de corrente entre o eletrodo e o eletrólito em um sinal digital, conseguindo assim a detecção da concentração de gás.
O princípio de funcionamento dos sensores eletroquímicos de gases é baseado em reações redox. Quando as moléculas de gás entram em contato com a superfície do eletrodo, elas sofrem uma reação de oxidação-redução, gerando um sinal de corrente. Este sinal de corrente pode ser transmitido ao semicondutor através de um eletrólito e depois convertido em um sinal digital. O tamanho do sinal digital é diretamente proporcional à concentração do gás, portanto a concentração do gás pode ser determinada medindo o tamanho do sinal digital.
Utilizado principalmente para detecção de gases tóxicos, com alta sensibilidade, rápida velocidade de resposta, boa confiabilidade e longa vida útil. Ele pode detectar vários gases, como monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxigênio, nitrogênio, etc. Possui amplas aplicações em indústrias, saúde, proteção ambiental e outros campos.
4) Princípio de fotoionização PID:
O princípio do PID é que os gases orgânicos irão ionizar sob a excitação de uma fonte de luz UV. O PID usa uma lâmpada UV (ultravioleta) e a matéria orgânica ioniza sob a excitação da lâmpada UV. Os “fragmentos” ionizados carregam cargas positivas e negativas, resultando em uma corrente elétrica entre os dois eletrodos. O detector amplifica a corrente e exibe a concentração de gás VOCs através de instrumentos e equipamentos.
Usado principalmente para monitorar a indústria de refino, tratamento emergencial de vazamentos de produtos químicos perigosos, definição de áreas perigosas para vazamentos, monitoramento de segurança de estações de tanques de petróleo e monitoramento da eficiência de purificação de descarga de matéria orgânica.
5) Princípio da condutividade térmica:
A análise da concentração do gás medido é obtida principalmente medindo a mudança na condutividade térmica do gás misturado. Normalmente, a diferença na condutividade térmica de um sensor de gás é convertida numa mudança na resistência através de um circuito. O método de detecção tradicional consiste em enviar o gás a ser testado para uma câmara de gás, onde o centro da câmara de gás é um elemento termossensível, como um resistor termossensível, fio de platina ou fio de tungstênio. Quando aquecido a uma determinada temperatura, a alteração na condutividade térmica do gás misturado é convertida numa alteração na resistência do elemento termosensível. A mudança no valor da resistência é relativamente fácil de medir com precisão.
6) Princípios de Semicondutores:
Sensores de gás semicondutores são feitos utilizando a reação de oxidação-redução do gás na superfície dos semicondutores para causar alterações no valor de resistência de componentes sensíveis. Quando um dispositivo semicondutor é aquecido até um estado estável e é adsorvido após o contato do gás com a superfície semicondutora, as moléculas adsorvidas primeiro se difundem livremente na superfície do objeto, perdendo sua energia cinética. Algumas moléculas são evaporadas, enquanto as moléculas restantes sofrem decomposição térmica e adsorção na superfície do objeto. Quando a função trabalho de um semicondutor é menor que a afinidade da molécula adsorvida, a molécula adsorvida retirará elétrons do dispositivo e se tornará uma adsorção de íons negativos, apresentando uma camada de carga na superfície do semicondutor.
