SIC
close
حساس غازهو جهاز صغير مصمم لمراقبة الهواء والكشف عن وجود المواد الضارة في البيئة المحيطة. يتم استخدامها في العديد من المواقع لضمان سلامة الناس. في هذا الدليل، ستتعرف على كيفية عملها وأنواعها وتطبيقاتها وأصنافها الشائعة.

ما هو مستشعر الغاز?

مستشعر الغاز هو جهاز يمكنه تحويل المعلومات مثل تكوين الغاز وتركيزه إلى إشارات كهربائية يمكن التعرف عليها بواسطة المعدات الإلكترونية. إنه مثل "الجهاز الشمي" للنظام الإلكتروني، القادر على الكشف الدقيق عن وجود غازات معينة في البيئة وتحديد كمية تركيزاتها، وتوفير البيانات الأساسية للمراقبة أو الإنذار أو التحكم اللاحقة.
بشكل أساسي، تعمل أجهزة استشعار الغاز بناءً على التفاعلات الفيزيائية أو الكيميائية بين الغازات والمواد الموجودة على سطح المستشعر. سواء كان الأمر يتعلق بالكشف عن تسربات الغاز الضارة في الإنتاج الصناعي، أو مراقبة سلامة الغاز في البيئات المنزلية، أو حتى تحليل غازات الجهاز التنفسي في المجال الطبي، فإن أجهزة استشعار الغاز تلعب دورًا لا غنى عنه. مع تطور إنترنت الأشياء وتقنيات المنزل الذكي، تتوسع سيناريوهات تطبيق أجهزة استشعار الغاز باستمرار، وتتزايد متطلبات حساسيتها وانتقائها واستقرارها بشكل متزايد.

كيف يعمل جهاز استشعار الغاز?

مبدأ العملأجهزة استشعار الغازتختلف باختلاف نوعها، لكن الجوهر هو استخدام التفاعل بين الغاز والمواد الحساسة لإحداث بعض التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية القابلة للقياس.
1753406083504355.png

مبدأ عمل مستشعر غاز أشباه الموصلات
 
أجهزة الاستشعار القائمة على المبادئ الكيميائيةهي نوع شائع، مثل أجهزة استشعار الغاز شبه الموصلة. مبدأ عمل مستشعر غاز أشباه الموصلات هو كما يلي: أولاً، تتفاعل المادة المستهدفة على القطب الكهروكيميائي، مما يولد تفاعل كهروكيميائي يحول التغيرات الكيميائية على القطب إلى إشارات كهربائية. يمكن أن تكون هذه الإشارات في شكل تيار، أو فرق محتمل، أو قيمة مقاومة، وما إلى ذلك. ثانيًا، تم تجهيز المستشعر بقطب كهربائي مرجعي بالداخل، والذي يوفر إمكانية مرجعية لجعل إشارة الخرج للمستشعر الكهروكيميائي أكثر دقة واستقرارًا. وأخيرًا، يتم تضخيم إشارة خرج المستشعر بواسطة دائرة تضخيم الإشارة وتحويلها إلى إشارة رقمية للمعالجة بالكمبيوتر.
 

1753406151564320.png

غاز الأشعة تحت الحمراءمبدأ عمل أجهزة الاستشعار


نوع آخر هوأجهزة الاستشعار القائمة على المبدأ المادي، مثل أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء. يتكون مستشعر غاز الأشعة تحت الحمراء الكامل من مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء، وغرفة بصرية، وكاشف للأشعة تحت الحمراء، ودوائر تكييف الإشارة. يتم تصنيع هذا النوع من أجهزة الاستشعار باستخدام امتصاص الغازات لأطياف الأشعة تحت الحمراء ذات التردد المحدد. ينبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء من الطرف الباعث ويوجه نحو الطرف المستقبل، وعندما يكون هناك غاز، فإنه سوف يمتص ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يقلل من كمية الضوء المستلم، وبالتالي الكشف عن محتوى الغاز. حاليًا، تستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الأكثر تقدمًا طولًا موجيًا مزدوجًا ومستقبلًا مزدوجًا لجعل الكشف أكثر دقة وموثوقية.
 

1753406212713748.png

مبدأ عمل أجهزة استشعار الغاز الكهروكيميائية


هناك أيضًا أجهزة استشعار للغاز الكهروكيميائي، مبدأ عملها هو: أولاً، يتم تفاعل المادة المعنية على القطب الكهروكيميائي، مما ينتج تفاعل كهروكيميائي يحول التغير الكيميائي على القطب إلى إشارة كهربائية. يمكن أن تكون هذه الإشارة عبارة عن تيار كهربائي، أو فرق محتمل، أو قيمة مقاومة، وما إلى ذلك. ثانيًا، يوجد قطب كهربائي مرجعي في المستشعر يوفر إمكانية مرجعية لجعل إشارة الخرج للمستشعر الكهروكيميائي أكثر دقة واستقرارًا. وأخيرًا، يتم تضخيم إشارة خرج المستشعر من خلال دائرة تضخيم الإشارة وتحويلها إلى إشارة رقمية للمعالجة بواسطة الكمبيوتر.

بناء مستشعر الغاز

هيكل أمستشعر الغازيتضمن عادةً عناصر حساسة ودوائر تحويل ومبيت ومكونات مساعدة. الأنواع المختلفة من أجهزة الاستشعار لها تركيزات مختلفة على البنية.
 

1753406290277550.png

رسم تخطيطي مسمى للهيكل الداخلي لجهاز استشعار الغاز


العنصر الحساس هو قلب المستشعر، وهو المسؤول عن التفاعل مع الغاز. بالنسبة لأجهزة استشعار الغاز شبه الموصلة، يكون العنصر الحساس عبارة عن طبقة من أكسيد المعدن مطلية على أنبوب خزفي أو ركيزة من السيليكون. عادة ما يكون هناك سلك تسخين بجانبه، والذي يستخدم لتسخين المادة الحساسة إلى درجة حرارة تشغيل محددة (عموما 200-400 درجة مئوية) لتعزيز نشاط تفاعلها مع الغاز.
تتمثل وظيفة دائرة التحويل في تحويل التغيرات الفيزيائية أو الكيميائية (مثل التغيرات في المقاومة والتيار وشدة الضوء) الناتجة عن العنصر الحساس إلى إشارات كهربائية قياسية (مثل إشارات الجهد أو التيار) للمعالجة والتحليل اللاحق. يتضمن هذا الجزء عادةً مكونات إلكترونية مثل المقاومات والمكثفات ومكبرات الصوت التشغيلية.
لا يحمي الغلاف الهيكل الداخلي فحسب، بل تم تصميمه أيضًا بفتحات هواء محددة للسماح للغاز المستهدف بالدخول والاتصال بالعنصر الحساس بسلاسة، مع منع تأثير العوامل المتداخلة مثل الغبار وبخار الماء. تكون مادة الغلاف عادةً من البلاستيك أو المعدن، ويختلف مستوى حمايتها وفقًا لسيناريو التطبيق.
قد تشتمل المكونات المساعدة على عناصر تعويض درجة الحرارة. نظرًا لأن خصائص العديد من المواد الحساسة تتأثر بدرجة الحرارة، فإن تعويض درجة الحرارة يمكن أن يحسن دقة قياس المستشعر. توجد أيضًا أطراف توصيل لتوصيل المستشعر بالدوائر الخارجية.

أنواع أجهزة استشعار الغاز على أساس مبادئ الاستشعار

أجهزة استشعار غاز أشباه الموصلات (أكسيد المعدن).

هذه المجساتتعتمد على مواد أكسيد المعادن (مثل ثاني أكسيد القصدير وأكسيد التنغستن وأكسيد الزنك) التي تتفاعل مع غازات معينة. في الهواء النظيف، تلتصق جزيئات الأكسجين بسطح المادة، فتحبس الإلكترونات وتحافظ على المقاومة مرتفعة (والتيار منخفض). عندما تكون الغازات المستهدفة موجودة، فإنها تتفاعل مع الأكسجين، وتطلق الإلكترونات وتقلل المقاومة - يتم قياس هذا التغير في المقاومة لتحديد تركيز الغاز.

المزايا: صغير الحجم، منخفض التكلفة، سريع الاستجابة، ومناسب للكشف عن غاز الميثان والبروبان وأول أكسيد الكربون وغيرها.

التطبيقات: أجهزة إنذار لتسرب الغاز، وأجهزة تنقية الهواء، وأنظمة سلامة المطبخ، وأجهزة الكشف المنزلية.
القيود: دقة أقل مقارنة بالأنواع الأخرى، مما يجعلها مثالية للاستخدام اليومي ولكن ليس للسيناريوهات عالية الدقة.

أجهزة استشعار الغاز الكهروكيميائية

تحتوي هذه المستشعرات على سوائل أو مواد هلامية تتفاعل مع غازات معينة، مما يولد تيارًا كهربائيًا ضعيفًا يتناسب مع تركيز الغاز - وكلما زاد التركيز، كان التيار أقوى. إنهم يتفوقون في اكتشاف الغازات وقياس كميتها بدقة عالية.
المزايا: نتائج مدمجة وموفرة للطاقة ومستقرة وموثوقة للغازات السامة مثل أول أكسيد الكربون أو الكلور أو كبريتيد الهيدروجين.
التطبيقات: أجهزة الكشف المحمولة، وخوذات السلامة، وأجهزة مراقبة الهواء الداخلية، والتشخيص الطبي، وأدوات السلامة الصناعية.
القيود: عمر افتراضي محدود (1-3 سنوات) بسبب تقادم المكونات، الأمر الذي يتطلب الاستبدال بمرور الوقت.

أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء (IR/NDIR).

تنبعث أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) من ضوء الأشعة تحت الحمراء وتقيس مقدار ما تمتصه الغازات و[مدش]؛ ولكل غاز "بصمة" امتصاص فريدة لأطوال موجية محددة. يشير انخفاض شدة الضوء عند الكاشف إلى وجود الغاز وتركيزه.
المزايا: لا توجد أجزاء متحركة أو تفاعلات كيميائية، مما يؤدي إلى عمر افتراضي طويل ودقة عالية وقلة الصيانة.
التطبيقات: الكشف عن ثاني أكسيد الكربون أو الميثان أو غازات التبريد في أنظمة التدفئة والدفيئات وتخزين المواد الغذائية وضوابط التهوية.
القيود: حجم أكبر وتكلفة أعلى وقابلية للتداخل بين الغبار والرطوبة.

أجهزة استشعار الغاز حبة الحفازة

تستخدم هذه المستشعرات عناصر صغيرة ساخنة ومغلفة بخليط خاص. عندما تتلامس الغازات القابلة للاحتراق مع العناصر، تزيد التفاعلات السطحية من درجة حرارتها & [مدش]؛ يتم قياس هذا التغير الحراري لتقدير تركيز الغاز.
المزايا: متينة وموثوقة للغازات المتفجرة، وتستخدم على نطاق واسع في الصناعات الثقيلة.
التطبيقات: المصافي، مصانع الكيماويات، ومرافق معالجة الوقود.
القيود: تعتمد على الأكسجين لتعمل وقد تفوت بعض أنواع الغاز.

كاشفات التأين الضوئي (PID)

تستخدم أجهزة PID الضوء فوق البنفسجي المكثف لتأين جزيئات الغاز إلى جزيئات مشحونة، مما يولد تيارًا يشير إلى وجود الغاز. إنها تتفوق في اكتشاف المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) مثل البنزين أو الفورمالديهايد.
المزايا: استجابة سريعة، حساسية عالية للتراكيز المنخفضة.
التطبيقات: المختبرات ومواقع النفايات الخطرة وأجهزة الكشف الميدانية المحمولة.
القيود: ليست عالمية (تفتقد بعض الغازات) ومكلفة نسبيًا.

أجهزة استشعار الغاز الضوئية

من خلال الجمع بين NDIR والتكنولوجيا الصوتية، تستخدم هذه المستشعرات الضوء النبضي لتسخين جزيئات الغاز، مما يؤدي إلى إنشاء موجات ضغط (صوت) يتم اكتشافها بواسطة الميكروفونات & مدش؛ ترتبط قوة الإشارة بتركيز الغاز.
المزايا: حساسية عالية، وقياس عدم التلامس، وثبات طويل الأمد، وملاءمة لمستويات الغاز المنخفضة.
التطبيقات: المراقبة البيئية والتشخيص الطبي وأنظمة السلامة الصناعية المستمرة.
القيود: حساس للاهتزاز/الضوضاء، والمعايرة المعقدة، والتكلفة الأعلى.

أجهزة استشعار الغاز MEMS

تقوم مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) بدمج مكونات ميكانيكية/إلكترونية صغيرة على رقائق السيليكون، باستخدام الاستشعار السعوي أو الحراري أو الكهرضغطي. فهي صغيرة جدًا وخفيفة الوزن.
المزايا: استهلاك منخفض للطاقة، وسهولة الاندماج في الأجهزة المدمجة، ودقيقة للتكنولوجيا المحمولة/القابلة للارتداء.
التطبيقات: الإلكترونيات الذكية، وأنظمة السيارات، والطائرات بدون طيار، والأتمتة الصناعية.
القيود: عرضة للعوامل البيئية، ونطاق القياس المحدود، وعمر افتراضي أقصر في الظروف القاسية.

أجهزة استشعار الغاز الموصلية الحرارية

وهي تقيس مدى سهولة انتقال الحرارة عبر الهواء باستخدام سلك ساخن، حيث يؤدي وجود الغاز إلى تغيير التوصيل الحراري، والذي يتم قياسه لتحديد نوع الغاز.
المزايا: مستقر، لا توجد تفاعلات كيميائية، ومناسب للغازات الخاملة مثل الهيليوم أو الأرجون.
التطبيقات: المعامل وغرف الأبحاث ومحطات تعبئة الغاز.
القيود: أقل شيوعًا بالنسبة للغازات السامة أو القابلة للاحتراق، مع التركيز بشكل أساسي على تحليل تكوين الغاز.
يوازن كل نوع بين الدقة والتكلفة والحجم والعمر الافتراضي، مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات محددة - بدءًا من السلامة المنزلية وحتى مراقبة الدقة الصناعية.

مستشعر الغاز مقابل مستشعر أول أكسيد الكربون

Gas Sensor vs Carbon Monoxide Sensor.png

وجهحساس الغازمستشعر أول أكسيد الكربون
غايةيكتشف مجموعة واسعة من الغازات (حسب النوع).يكتشف حصريًا أول أكسيد الكربون (CO).
خصوصيةغير محدد (يستهدف غازات متعددة).خاص للغاية بـ CO.
تكنولوجيامتنوعة (أشباه الموصلات، الأشعة تحت الحمراء، الحفاز، الخ).في الغالب كهروكيميائية (الأمثل لثاني أكسيد الكربون).
استخدم التركيز على الحالةمتنوعة (صناعية، بيئية، الخ).السلامة أمر بالغ الأهمية للتعرض لثاني أكسيد الكربون السام.

خاتمة

تعمل أجهزة استشعار الغاز على تعزيز السلامة في البيئات المختلفة من خلال الكشف عن الغازات الضارة. يتيح لك فهم كيفية عملها واختيار المستشعر المناسب استخدامها بشكل فعال في المنزل أو مكان العمل أو في أي مكان يمثل الهواء النظيف أولوية فيه.

المنتجات الأكثر مبيعًا من SIC

71421LA55J8             UPD44165184BF5-E40-EQ3-A      SST39VF800A-70-4C-B3KE           IS66WV1M16DBLL-55BLI-TR       AS4C32M16SB-7BIN      W25Q16FWSNIG

AS7C34098A-20JIN        752369-581-ج                 W957D6HBCX7I تي آر            IS61LPS12836EC-200B3LI           MX25L12875FMI-10G            QG82915PL

معلومات المنتج منسيك للإلكترونيات المحدودة. إذا كنت مهتمًا بالمنتج أو كنت بحاجة إلى معلمات المنتج، فيمكنك الاتصال بنا عبر الإنترنت في أي وقت أو إرسال بريد إلكتروني إلينا: sales@sic-chip.com.

مستشعر الغاز الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]

1. هل تستهلك أجهزة استشعار الغاز الكثير من الطاقة؟

ذلك يعتمد على النوع. تستخدم أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية والمحفزة عادةً طاقة قليلة جدًا (مللي أمبير)، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات مثل أجهزة الكشف المحمولة. ومع ذلك، غالبًا ما تحتاج أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء إلى مزيد من الطاقة (أحيانًا واط) نظرًا لمصادر الضوء والإلكترونيات المعقدة، لذا فهي أفضل للإعدادات السلكية.

2. هل يمكن لأجهزة استشعار الغاز الإنذار الكاذب؟

نعم، وهو أكثر شيوعاً مما تظن. تعتبر الغازات المتداخلة سببًا كبيرًا - على سبيل المثال، قد يتفاعل مستشعر ثاني أكسيد الكربون مع أبخرة الإيثانول. يمكن للرطوبة العالية أو الارتفاع المفاجئ في درجات الحرارة أيضًا التخلص من القراءات. من المفيد اختيار مستشعر مزود بفلترة تداخل مدمجة، ولكن لا يوجد مستشعر محصن بنسبة 100%.

3. كيف تتعامل مستشعرات الغاز مع التركيزات المنخفضة من الغاز؟

تختلف الحساسية: يمكن للبعض اكتشاف الغازات في نطاق أجزاء لكل مليار (ppb) (مفيد للمراقبة البيئية)، في حين أن البعض الآخر لا يلتقط سوى أجزاء لكل مليون (ppm) أو أعلى (جيد لإنذارات السلامة). على سبيل المثال، غالبًا ما تحتاج مستشعرات الفورمالديهايد إلى حساسية على مستوى جزء في المليون، بينما تركز كاشفات البروبان على جزء في المليون لإطلاق التنبيهات قبل مخاطر الاشتعال.

4. هل توجد أجهزة استشعار للغاز تعمل في البيئات المتفجرة؟

بالتأكيد، تم تصميم أجهزة الاستشعار "الآمنة جوهريًا" للأجواء المتفجرة (مثل مصافي النفط أو المناجم). إنها محكمة الغلق لمنع الشرر الصادر من المستشعر نفسه من إشعال الغازات القابلة للاشتعال، كما أنها تلبي معايير السلامة الصارمة (على سبيل المثال، ATEX أو UL Class I Div 1).

5. هل يمكن معايرة أجهزة استشعار الغاز في المنزل؟

ربما ليس بسهولة. تتطلب المعايرة الاحترافية الوصول إلى تركيزات دقيقة ومعروفة للغاز المستهدف، وهو أمر غير ممكن بالنسبة لمعظم المستخدمين. تقدم بعض الشركات المصنعة مجموعات معايرة لأجهزة الاستشعار الصناعية، ولكن عادةً ما يحتاج المستخدمون المنزليون إلى إرسال الجهاز مرة أخرى إلى الشركة المصنعة أو إلى مركز الخدمة.

6. هل تحتاج حساسات الغاز إلى التنظيف؟

في بعض الأحيان، نعم. يمكن أن يؤدي الغبار أو الزيت أو الحطام إلى سد مدخل الغاز بالمستشعر، مما يقلل من الاستجابة. يمكن أن تتسمم أجهزة الاستشعار التحفيزية، على وجه الخصوص، بالسيليكون أو أبخرة الرصاص، التي تغطي عنصر الاستشعار. قد يساعد التنظيف اللطيف بالهواء المضغوط (تجنب السوائل)، ولكن التلوث الشديد غالبًا ما يعني استبدال المستشعر.

7. ما مدى سرعة استجابة حساسات الغاز لتسربات الغاز؟

يتراوح وقت الاستجابة من ميلي ثانية إلى ثانية. تتفاعل أجهزة الاستشعار التحفيزية بسرعة (أقل من ثانية) مع الغازات القابلة للاشتعال، وهو أمر بالغ الأهمية للسلامة. قد تستغرق المستشعرات الكهروكيميائية من 2 إلى 10 ثوانٍ حتى تستقر، بينما يمكن أن تكون مستشعرات الأشعة تحت الحمراء أبطأ قليلاً (من 5 إلى 20 ثانية) ولكنها أكثر اتساقًا.

8. هل توجد حساسات غاز لاسلكية؟

نعم، تتصل العديد من أجهزة الاستشعار الحديثة عبر Bluetooth أو Wi-Fi أو LoRa للمراقبة عن بعد. إنها شائعة في المنازل الذكية (الربط بتطبيقات التنبيهات) أو في الإعدادات الصناعية حيث تكون الأسلاك صعبة، مثل المستودعات الكبيرة. يمكن أن يكون عمر البطارية مقايضة، على الرغم من أن الميزات اللاسلكية غالبًا ما تستنزف الطاقة بشكل أسرع.

9. هل يمكن لأجهزة استشعار الغاز اكتشاف الغاز من خلال الجدران أو الحواجز؟

لا، يجب أن تصل الغازات إلى عنصر الاستشعار الخاص بالحساس مباشرة. يمكن للجدران أو الحاويات المغلقة أو حتى الأغلفة البلاستيكية السميكة أن تمنع تدفق الغاز، مما يؤدي إلى تأخير الاكتشافات أو تفويتها. يعتبر التنسيب أمرًا أساسيًا - يجب أن تكون أجهزة الاستشعار في المناطق المفتوحة حيث من المحتمل أن يتراكم الغاز، مثل السقوف القريبة للغازات الأخف من الهواء (الميثان) أو الأرضيات للغازات الأثقل (البروبان).

10. ماذا يحدث إذا تعرض مستشعر الغاز لمستويات غاز أعلى بكثير من نطاقه؟

قد يكون "مشبعًا" - لا يستطيع المستشعر التمييز بين التركيزات العالية جدًا، لذا تصل القراءات إلى الحد الأقصى. في الحالات القصوى، يمكن أن تؤدي المستويات العالية إلى إتلاف عنصر الاستشعار: على سبيل المثال، تعريض المستشعر الحفاز لتركيزات غاز تتجاوز الحد المسموح به بكثير يمكن أن يؤدي إلى حرق المحفز، مما يجعله عديم الفائدة. ولهذا السبب تشتمل العديد من أجهزة الكشف على حماية من التحميل الزائد لإيقاف التشغيل مؤقتًا.

السابق:P55NF06 N-Channel Power MOSFET: كل ما تحتاج إلى معرفته
في المشهد الواسع من أجهزة أشباه الموصلات، تلعب دوائر MOSFET (المعادن - الأكسيد - مجال أشباه الموصلات - ترانزستورات التأثير) دورًا محوريًا، خاصة في ...
التالي:ما هي الدائرة الرقمية المتكاملة؟
في المشهد الواسع من أجهزة أشباه الموصلات، تلعب دوائر MOSFET (المعادن - الأكسيد - مجال أشباه الموصلات - ترانزستورات التأثير) دورًا محوريًا، خاصة في...
  • Daily average RFQ Volume

    2000+

    المتوسط ​​اليومي لحجم طلب عرض الأسعار

  • Standard Product Unit

    30,000,000

    وحدة المنتج القياسية

  • Worldwide Manufacturers

    2800+

    الشركات المصنعة في جميع أنحاء العالم

  • In-stock Warehouse

    15000 م2

    مستودع في المخزون