Detektory gazów toksycznych i wybuchowych opierają się na działaniu odpowiednich sensorów. Najczęściej stosuje się sensory katalityczne, elektrochemiczne, półprzewodnikowe i absorpcyjne w podczerwieni (infrared). Działają one w oparciu o różnorodne zjawiska fizykochemiczne. Mają zatem różne właściwości pomiarowe. Jak odpowiednio dobrać detektor pod kątem sensora? Przeczytaj wskazówki firmy Gazex!
Sensory różnią się czułością, selektywnością, zakresem stężeń monitorowanego gazu, zakresem temperatury pracy, liniowością charakterystyki pracy, podatnością na zakłócenia przez parę wodną i gazy tła. W miarę upływu czasu sensory zmieniają swoje parametry pomiarowe i wymagają korekty wskazań ( kalibracji, wzorcowania). Sensory są implementowane do detektorów gazu – urządzeń, które potrafią zinterpretować zmiany parametrów sensorów oraz przedstawić wizualizację pomiarów stężeń. Jeśli detektory włączone są w system detekcji gazu, mogą także przesłać informację do jednostki nadrzędnej (centrali). Detektory wykorzystuje się do detekcji gazów palnych (wybuchowych) i toksycznych.
Katalityczne sensory w detektorach gazów
Działanie sensora katalitycznego oparte jest na wykorzystaniu egzotermicznej reakcji katalitycznego utleniania. Sensor zawiera element aktywny, pokryty warstwą katalizatora i bierny – bez katalizatora. Oba elementy, umieszczone w odpowiednim układzie elektronicznym, mają identyczną rezystancję w tej samej temperaturze. W przypadku pojawienia się gazu palnego reakcja utleniania następuje tylko na elemencie aktywnym. Wydzielane ciepło jest proporcjonalne do stężenia gazu i powoduje wzrost temperatury i rezystancji elementu aktywnego. W układzie pojawia się napięcie, które łatwo zmierzyć i przetworzyć na wielkość stężenia gazu. Sensor nie jest selektywny – reaguje na każdy gaz utleniający się w obecności katalizatora.
Zastosowanie: przy jego pomocy można mierzyć stężenia gazów wybuchowych do 100% dolnej granicy wybuchowości.
Sensory elektrochemiczne
Sensor elektrochemiczny to rodzaj ogniwa wytwarzającego prąd elektryczny. Natężenie prądu jest proporcjonalne do stężenia gazu przenikającego do elektrolitu ogniwa. Dobierając odpowiedni elektrolit, można uzyskać wysoką selektywność sensora. Nie będzie ona stuprocentową, ponieważ sensor może zareagować na inne gazy o odpowiednich, zbliżonych do gazu mierzonego, właściwościach chemicznych. W trakcie pracy elektrolit się zużywa i to zużycie jest uzależnione od intensywności i czasu pracy sensora oraz stężenia gazów w jego otoczeniu. Producenci podają żywotność sensora w czystym powietrzu, a stopień jego zużycia można jedynie określić, stosując odpowiednią procedurę z użyciem mieszaniny wzorcowej gazu. Dlatego niezbędne jest dokonywanie kalibracji detektorów zgodnie z ich instrukcją obsługi. Służby ratownicze wykorzystujące takie detektory, dla bezpieczeństwa, wykonują kalibrację po każdej akcji, w której wystąpiło duże stężenie gazów.
Zastosowanie: ten rodzaj sensorów wykorzystywany jest głównie do detekcji gazów toksycznych.
Sensory półprzewodnikowe
W sensorze półprzewodnikowym wykorzystuje się zjawisko powierzchniowej adsorpcji gazu na elemencie pomiarowym w ściśle określonej temperaturze. Zaadsorbowany gaz powoduje zmianę rezystancji półprzewodnika, która jest powiązana ze stężeniem gazu w powietrzu. Zmiana ta jest silnie nieliniowa i z tego powodu te sensory wykorzystuje się w detektorach progowych, sygnalizujących przekroczenie określonych stężeń gazów wybuchowych lub toksycznych. Odpowiednio dobierając skład półprzewodnika i temperaturę pracy elementu pomiarowego, można uzyskać znaczną selektywność sensora.
Zastosowanie: detektory progowe, sygnalizujące przekroczenie określonych stężeń gazów wybuchowych lub toksycznych.
4) W sensorze infra-red wykorzystuje się zjawisko pochłaniania promieniowania podczerwonego przez wiązania chemiczne w cząsteczkach gazu. Różne wiązania pochłaniają promieniowanie o charakterystycznej dla siebie długości fali. Można zmierzyć stopień pochłaniania promieniowania prześwietlającego komorę pomiarową i na tej podstawie określić stężenie mierzonego gazu.
Zastosowanie: ten rodzaj sensorów najczęściej wykorzystuje się w detektorach do precyzyjnego pomiaru stężeń CO2, metanu i propanu-butanu.