Arten von Gassensoren und ihre Anwendungen in Geräten zur Gasdetektion und -überwachung
Mit der Entwicklung der petrochemischen Industrie haben sich die Arten und Anwendungsbereiche brennbarer, explosiver und giftiger Gase erweitert. Sobald diese Gase während der Produktion, des Transports und der Verwendung austreten, kann es zu Vergiftungen, Bränden und sogar Explosionsunfällen kommen, die das Leben von Menschen und die Sicherheit von Eigentum ernsthaft gefährden. Aufgrund der Diffusionsfähigkeit des Gases selbst diffundiert das Gas nach Auftreten eines Lecks unter der Einwirkung äußerer Windkräfte und eines inneren Konzentrationsgradienten entlang der Bodenoberfläche, wodurch an der Unfallstelle eine Verbrennungsexplosion oder eine giftige Gefahrenzone entsteht und diese sich ausdehnt gefährliches Gelände.
Kommt es zu einem Gasleckunfall, müssen schnellstmöglich entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um den Unfallschaden zu minimieren. Die rechtzeitige und zuverlässige Erkennung des Gehalts bestimmter Gase in der Luft, rechtzeitige und wirksame Abhilfemaßnahmen sowie korrekte Entsorgungsmethoden zur Reduzierung von Unfällen durch Leckagen sind notwendige Voraussetzungen für die Vermeidung größerer Sach- und Unfallschäden. Dies stellt höhere Anforderungen an Gasdetektions- und -überwachungsgeräte. Als wichtiger Gasdetektor wurde der Gassensor in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Die Entwicklung von Gassensoren macht ihre Anwendung immer umfangreicher.
Übersicht über Gassensoren
Das Ausland begann in den 1930er Jahren mit der Forschung und Entwicklung von Gassensoren. In der Vergangenheit wurden Gassensoren hauptsächlich zur Detektion und Alarmierung von Kohlengas, Flüssiggas, Erdgas und Gas in Bergwerken eingesetzt. Derzeit sind die Arten von Gasen, die nachgewiesen werden müssen, von den ursprünglich reduzierenden Gasen (H2, C4H10, CH4) bis hin zu toxischen Gasen (CO, NO2, H2S, NO, NH3, PH3) erweitert worden.
Es gibt viele Arten von Gassensoren. Entsprechend den verschiedenen verwendeten Gassensormaterialien und Gassensoreigenschaften kann es in Halbleitertyp, Festelektrolyttyp, elektrochemischer Typ, Kontaktverbrennungstyp, Polymertyp usw. unterteilt werden.
Halbleiter-Gassensor
Dieser Sensor verwendet hauptsächlich gasempfindliche Halbleitermaterialien. Seit der Einführung des Halbleiter-Metalloxid-Gassensors im Jahr 1962 ist er aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit und schnellen Reaktion weit verbreitet und hat sich zu einem der größten und am weitesten verbreiteten Sensoren der Welt entwickelt. Entsprechend den unterschiedlichen Methoden zur Erfassung der charakteristischen Gasmessgröße wird sie in zwei Typen unterteilt: Widerstandstyp und Nicht-Widerstandstyp.
Der Widerstands-Halbleiter-Gassensor erkennt die Änderung des Gassensors mit dem Gasgehalt. Hauptsächlich werden gasempfindliche Metalloxid-Keramikmaterialien verwendet. Durch die Forschung und Entwicklung neuer Materialien wie Verbundmetalloxide und Mischmetalloxide in den letzten Jahren wurden die Eigenschaften und der Anwendungsbereich dieses Gassensors erheblich verbessert. Beispiel: Der WO3-Gassensor kann NH3-Konzentrationen im Bereich von 5 ppm bis 50 ppm erkennen, der ZnO-CuO-Gassensor ist sehr empfindlich gegenüber 200 ppm CO.
Nicht-resistive Halbleiter-Gassensoren basieren auf dem Prinzip, dass sich der Strom oder die Spannung des Gassensors mit dem Gasgehalt ändert. Es gibt hauptsächlich Gassensoren vom Typ MOS-Dioden, Sperrschichtdioden und Feldeffektröhren. Bei den meisten Detektionsgasen handelt es sich um brennbare Gase wie Wasserstoff und Silan.
Festelektrolyt-Gassensor
Festelektrolyt-Gassensoren verwenden Festelektrolyt-Gassensormaterialien als Gassensorelemente. Das Prinzip besteht darin, dass das gasempfindliche Material beim Durchgang durch das Gas Ionen erzeugt, wodurch eine elektromotorische Kraft entsteht und die elektromotorische Kraft zur Messung der Gaskonzentration gemessen wird. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit, guten Empfindlichkeit und Selektivität dieses Sensors ist er weit verbreitet und hat in fast allen Bereichen der Petrochemie, des Umweltschutzes, des Bergbaus usw. Einzug gehalten, an zweiter Stelle nach Metalloxid-Halbleiter-Gassensoren. Zum Beispiel YST-Au-WO3 zur Messung von H2S, NH plus 4CaCO3 zur Messung von NH3 usw.
Kontaktieren Sie den Verbrennungsgassensor
Es kann in den Verbrennungstyp mit direktem Kontakt und den Verbrennungstyp mit katalytischem Kontakt unterteilt werden. Sein Funktionsprinzip ist: Wenn das gasempfindliche Material mit Energie versorgt wird, wird das brennbare Gas unter der Wirkung eines Katalysators oxidiert und verbrannt, und die erzeugte Wärme erhitzt den Heizdraht, wodurch sich sein Widerstandswert ändert und die Widerstandsänderung gemessen wird um die Gaskonzentration zu messen. Dieser Sensor kann nur brennbare Gase messen und ist unempfindlich gegenüber nicht brennbaren Gasen. Beispielsweise verfügen Sensoren, die durch die Beschichtung aktiver Katalysatoren Rh und Pd auf Pt-Draht hergestellt werden, über Breitbandeigenschaften, das heißt, sie können verschiedene brennbare Gase erkennen. Der Kontakt-Brenngassensor ist bei Umgebungstemperatur sehr stabil und kann die meisten brennbaren Gase mit der unteren Explosionsgrenze erkennen. Es wird häufig zur Überwachung und Alarmierung brennbarer Gase in petrochemischen Anlagen, Werften, Minentunneln, Badezimmern, Küchen usw. eingesetzt.
Polymergassensor
Gassensoren, die polymere Gassensormaterialien verwenden, wurden in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Wenn das gasempfindliche Polymermaterial auf ein bestimmtes Gas trifft, ändern sich seine physikalischen Eigenschaften wie Widerstand, Dielektrizitätskonstante, Ausbreitungsgeschwindigkeit und -frequenz der akustischen Wellen auf der Materialoberfläche sowie das Materialgewicht. Es gibt hauptsächlich Phthalocyanin-Polymere, LB-Filme, Phenylcyanin-Acetylen, Polyvinylalkohol-Phosphorsäure, Polyisobutylen, Aminoundecylsilan usw. Polymer-Gassensormaterialien spielen aufgrund ihrer einfachen Bedienung eine wichtige Rolle bei der Erkennung giftiger Gase und der Frische von Lebensmitteln. einfacher Prozess, gute Selektivität bei Raumtemperatur, niedriger Preis und einfache Kombination mit Mikrostruktursensoren und Oberflächenwellengeräten. Je nach den Gaserkennungseigenschaften der verwendeten Materialien kann dieser Sensortyp unterteilt werden in: polymerresistive Gassensoren, die die Gaskonzentration durch Messung des Widerstands der Gaserkennungsmaterialien messen; Konzentrationsbatterie-Gassensoren, die die elektromotorische Kraft messen, um die Gaskonzentration zu bestimmen, indem sie eine Konzentrationszelle bilden, wenn das gasempfindliche Material Gas absorbiert; Oberflächenwellen-Gassensoren, die auf dem Prinzip basieren, dass sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Frequenz von Schallwellen auf der Oberfläche des Materials ändert, nachdem das gasempfindliche Polymer Gas absorbiert; Der Polymergassensor weist eine hohe Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Gasmolekülen, eine gute Selektivität und einen einfachen Aufbau auf, kann bei normaler Temperatur verwendet werden und kann die Mängel anderer Gassensoren ergänzen.
