ما هو مستشعر الغاز？
في الأساس ، تعمل أجهزة استشعار الغاز بناءً على التفاعلات الفيزيائية أو الكيميائية بين الغازات والمواد الموجودة على سطح المستشعر. سواء كان ذلك هو اكتشاف تسرب الغاز الضار في الإنتاج الصناعي ، أو مراقبة سلامة الغاز في البيئات المنزلية ، أو حتى تحليل الغازات التنفسية في المجال الطبي ، تلعب أجهزة استشعار الغاز دورًا لا غنى عنه. مع تطوير إنترنت الأشياء وتقنيات المنازل الذكية ، فإن سيناريوهات التطبيق لأجهزة استشعار الغاز تتوسع باستمرار ، ومتطلبات حساسيةها وانتقائية واستقرارها مرتفعة بشكل متزايد.
كيف يعمل مستشعر الغاز？
مبدأ عمل مستشعر غاز أشباه الموصلات
غاز الأشعة تحت الحمراءمستشعرات العمل مبدأ
نوع آخر هوأجهزة الاستشعار القائمة على المبدأ المادي، مثل أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء. يتكون مستشعر غاز الأشعة تحت الحمراء الكاملة من مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وغرفة بصرية ، وكاشف الأشعة تحت الحمراء ، ودوائر تكييف الإشارة. يتم صنع هذا النوع من المستشعر باستخدام امتصاص أطياف الأشعة تحت الحمراء التردد المحددة بواسطة الغازات. ينبعث الضوء بالأشعة تحت الحمراء من الطرف المنبعث ويوجه نحو الطرف المتلقي ، وعندما يكون هناك غاز موجود ، فإنه سيمتص الضوء بالأشعة تحت الحمراء ، مما يقلل من كمية الضوء المستلمة ، وبالتالي اكتشاف محتوى الغاز. حاليًا ، تستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الأكثر تقدماً طولًا مزدوجًا ، وثنائيًا ثنائيًا لجعل الكشف أكثر دقة وموثوقية.
مستشعرات الغاز الكهروكيميائية مبدأ العمل
هناك أيضًا أجهزة استشعار غاز كهروكيميائية ، مبدأ عملها: أولاً ، تتفاعل مادة الاهتمام على القطب الكهروكيميائي ، مما ينتج عنه تفاعل كهروكيميائي يحول التغير الكيميائي على القطب إلى إشارة كهربائية. يمكن أن تكون هذه الإشارة تيارًا كهربائيًا أو اختلافًا محتملًا أو قيمة مقاومة ، وما إلى ذلك. أخيرًا ، يتم تضخيم إشارة خرج المستشعر من خلال دائرة تضخيم الإشارة وتحويلها إلى إشارة رقمية للمعالجة بواسطة الكمبيوتر.
بناء مستشعر الغاز
رسم تخطيطي للهيكل الداخلي لمستشعر الغاز
العنصر الحساس هو جوهر المستشعر ، المسؤول عن التفاعل مع الغاز. بالنسبة لأجهزة استشعار غاز أشباه الموصلات ، فإن العنصر الحساس هو فيلم أكسيد معدني مطلي على أنبوب سيراميك أو ركيزة السيليكون. عادةً ما يكون هناك سلك تسخين بجواره ، والذي يستخدم لتسخين المادة الحساسة لدرجة حرارة تشغيل معينة (عمومًا 200-400 و DEG ؛ ج) لتعزيز نشاط التفاعل مع الغاز.
تتمثل وظيفة دائرة التحويل في تحويل التغييرات الفيزيائية أو الكيميائية (مثل التغييرات في المقاومة والتيار والضوء) الناتجة عن العنصر الحساس إلى إشارات كهربائية قياسية (مثل الجهد أو الإشارات الحالية) للمعالجة والتحليل اللاحقين. يتضمن هذا الجزء عادةً مكونات إلكترونية مثل المقاومات والمكثفات ومكبرات الصوت التشغيلية.
لا يحمي السكن الهيكل الداخلي فحسب ، بل يتم تصميمه أيضًا مع ثقوب هواء محددة للسماح للغاز المستهدف بدخول العنصر الحساس واتصاله بسلاسة ، مع منع تأثير العوامل المتداخلة مثل الغبار وبخار الماء. عادة ما تكون المواد السكنية من البلاستيك أو المعدن ، ويختلف مستوى الحماية وفقًا لسيناريو التطبيق.
قد تتضمن المكونات المساعدة عناصر تعويض درجة الحرارة. نظرًا لأن خصائص العديد من المواد الحساسة تتأثر بدرجة الحرارة ، فإن تعويض درجة الحرارة يمكن أن يحسن دقة قياس المستشعر. هناك أيضًا محطات قيادة لتوصيل المستشعر بالدوائر الخارجية.
أنواع أجهزة استشعار الغاز على أساس مبادئ الاستشعار
مستشعرات غاز أشباه الموصلات (أكسيد المعادن)
هذه المستشعراتالاعتماد على مواد أكسيد المعادن (على سبيل المثال ، ثاني أكسيد القصدير ، أكسيد التنغستن ، أكسيد الزنك) التي تتفاعل مع غازات معينة. في الهواء النظيف ، تلتزم جزيئات الأكسجين بسطح المادة ، ومحاصرة الإلكترونات والحفاظ على المقاومة عالية (والتيار المنخفض). عند وجود الغازات المستهدفة ، فإنها تتفاعل مع الأكسجين ، وتطلق الإلكترونات وتقليل المقاومة - يتم قياس هذا التغيير في المقاومة لتحديد تركيز الغاز.
المزايا: الحجم الصغير ، التكلفة المنخفضة ، الاستجابة السريعة ، وملاءمة الكشف عن الميثان ، البروبان ، أول أكسيد الكربون ، إلخ.
التطبيقات: إنذارات تسرب الغاز ، أجهزة تنقية الهواء ، أنظمة سلامة المطبخ ، وكاشفات المنازل.القيود: دقة أقل مقارنة بالأنواع الأخرى ، مما يجعلها مثالية للاستخدام اليومي ولكن ليس سيناريوهات الدقة العالية.
مستشعرات الغاز الكهروكيميائية
تحتوي هذه المستشعرات على سوائل أو المواد الهلامية التي تتفاعل مع غازات محددة ، مما يولد تيارًا كهربائيًا ضعيفًا يتناسب مع تركيز الغاز و MDASH ؛ كلما زاد التركيز ، كلما كان التيار أقوى. يتفوقون في كل من الكشف عن الغازات وقياسها بدقة عالية.المزايا: مضغوط ، فعال في الطاقة ، نتائج مستقرة ، وموثوقة للغازات السامة مثل أول أكسيد الكربون أو الكلور أو كبريتيد الهيدروجين.
التطبيقات: كاشفات محمولة ، خوذات السلامة ، شاشات الهواء الداخلي ، التشخيص الطبي ، وأدوات السلامة الصناعية.
القيود: Limited LifeSpan (1 & ndash ؛ 3 سنوات) بسبب شيخوخة المكون ، تتطلب استبدالًا بمرور الوقت.
مستشعرات الغاز بالأشعة تحت الحمراء (IR/NDIR)
تستشعر مستشعرات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) تنبعث من ضوء الأشعة تحت الحمراء وقياس مقدار امتصاص الغازات و mdash ؛ كل غاز له "بصمة" فريدة من نوعها لأطوال موجية محددة. يشير انخفاض كثافة الضوء في الكاشف إلى وجود الغاز والتركيز.المزايا: لا توجد أجزاء متحركة أو تفاعلات كيميائية ، تؤدي إلى عمر طويل ودقة عالية وصيانة منخفضة.
التطبيقات: اكتشاف ثاني أكسيد الكربون ، الميثان ، أو المبردات في أنظمة التدفئة ، الدفيئات ، تخزين الطعام ، وعناصر التحكم في التهوية.
القيود: حجم أكبر ، تكلفة أعلى ، وقابلية للتداخل في الغبار/الرطوبة.
مستشعرات غاز حبة الحفاز
تستخدم هذه المستشعرات عناصر صغيرة ساخنة مغلفة في خليط خاص. عندما تتواصل الغازات القابلة للاحتراق للعناصر ، تزيد التفاعلات السطحية من درجة الحرارة و MDASH ؛ يتم قياس هذا التغير في الحرارة لتقدير تركيز الغاز.المزايا: وعرة ، موثوقة للغازات المتفجرة ، وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة الثقيلة.
التطبيقات: المصافي ، النباتات الكيميائية ، ومرافق مناولة الوقود.
القيود: تعتمد على الأكسجين للعمل وقد يفوتك بعض أنواع الغاز.
كاشفات الضوئية (PID)
تستخدم PIDs ضوء الأشعة فوق البنفسجية المكثفة لتأين جزيئات الغاز في جزيئات مشحونة ، مما يولد تيارًا يشير إلى وجود الغاز. يتفوقون في اكتشاف مركبات عضوية متطايرة تتبع (VOCs) مثل البنزين أو الفورمالديهايد.المزايا: استجابة سريعة ، حساسية عالية لتركيزات منخفضة.
التطبيقات: المختبرات ، مواقع النفايات الخطرة ، وكاشفات المجال المحمولة.
القيود: ليست عالمية (تفتقد بعض الغازات) ومكلفة نسبيا.
أجهزة استشعار الغاز الصوتي
الجمع بين NDIR والتكنولوجيا الصوتية ، تستخدم هذه المستشعرات الضوء النبضي لجزيئات غاز تسخين ، مما يخلق موجات الضغط (الصوت) المكتشفة بواسطة الميكروفونات و MDASH ؛ ترتبط قوة الإشارة بتركيز الغاز.المزايا: الحساسية العالية ، القياس غير المتصل ، الاستقرار طويل الأجل ، وملاءمة مستويات الغاز المنخفضة.
التطبيقات: المراقبة البيئية ، والتشخيص الطبي ، وأنظمة السلامة الصناعية المستمرة.
القيود: حساسة للاهتزاز/الضوضاء ، والمعايرة المعقدة ، وارتفاع التكلفة.
مستشعرات غاز ممس
تقوم أجهزة استشعار الأنظمة الميكانيكية الدقيقة (MEMS) بدمج المكونات الميكانيكية/الإلكترونية الصغيرة على رقائق السيليكون ، باستخدام الاستشعار السعة أو الحرارية أو الكهروضوئية. هم فائق الصيغة وخفيفة الوزن.المزايا: انخفاض استهلاك الطاقة ، والتكامل السهل في الأجهزة المدمجة ، ودقيقة للتكنولوجيا المحمولة/القابلة للارتداء.
التطبيقات: إلكترونيات ذكية وأنظمة السيارات والطائرات بدون طيار والأتمتة الصناعية.
القيود: عرضة للعوامل البيئية ، نطاق قياس محدود ، وعمر أقصر في الظروف القاسية.
مستشعرات غازات الموصلية الحرارية
هذه تقيس مدى سهولة ارتفاع الحرارة عبر الهواء باستخدام سلك مسخن و mdash ؛ وجود الغاز يغير التوصيل الحراري ، والذي يتم قياسه لتحديد نوع الغاز.المزايا: مستقر ، لا تفاعلات كيميائية ، مناسبة للغازات الخاملة مثل الهيليوم أو الأرجون.
التطبيقات: المختبرات ، غرف النظافة ، ومحطات ملء الغاز.
القيود: أقل شيوعًا بالنسبة للغازات السامة أو القابلة للاحتراق ، مع التركيز بشكل أساسي على تحليل تكوين الغاز.
يوازن كل نوع من الدقة والتكلفة والحجم والعمر ، مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات محددة و MDASH ؛ من السلامة المنزلية إلى مراقبة الدقة الصناعية.
مستشعر استشعار الغاز مقابل مستشعر أول أكسيد الكربون
| وجه | مستشعر الغاز | مستشعر أول أكسيد الكربون |
|---|---|---|
| غاية | يكتشف مجموعة واسعة من الغازات (يعتمد على النوع). | يكتشف حصريًا أول أكسيد الكربون (CO). |
| خصوصية | غير محدد (يستهدف غازات متعددة). | عالي خاص بـ CO. |
| تكنولوجيا | متنوعة (أشباه الموصلات ، الأشعة تحت الحمراء ، الحفاز ، إلخ). | في الغالب الكهروكيميائية (محسّنة لشركة CO). |
| استخدم تركيز الحالة | متنوعة (صناعية ، بيئية ، إلخ). | السلامة الحرجة للتعرض CO السام. |
خاتمة
تعزز أجهزة استشعار الغاز السلامة في بيئات مختلفة من خلال اكتشاف الغازات الضارة. إن فهم كيفية عملهم واختيار المستشعر المناسب يتيح لك استخدامها بفعالية في المنزل ، أو في مكان العمل ، أو في أي مكان هو أولوية.
منتجات البيع الساخنة من كذا
71421LA55J8 UPD44165184BF5-E40-EQ3-A SST39VF800A-70-4C-B3KE IS66WV1M16DBLL-55BLI-TR AS4C32M16SB-7BIN W25Q16FWSNIG
AS7C34098A-20JIN 752369-581-C W957D6HBCX7I TR IS61LPS12836EC-200B3LI MX25L12875FMI-10G QG82915PL
معلومات المنتج منSIC Electronics Limited. إذا كنت مهتمًا بالمنتج أو تحتاج 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. عادةً ما تستخدم أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية والتحفيزية طاقة قليلة جدًا (مللي أمبس) ، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات مثل أجهزة الكشف المحمولة. على الرغم من ذلك ، غالبًا ما تحتاج أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء إلى مزيد من الطاقة (في بعض الأحيان Watts) بسبب مصادر الضوء والإلكترونيات المعقدة ، لذلك فهي أفضل للإعدادات السلكية.
2. هل يمكن أن أجهزة استشعار الغاز الخاطئة؟
نعم ، وهو أكثر شيوعًا مما قد تعتقد. تعتبر الغازات المتداخلة هي الجاني الكبير - على سبيل المثال ، قد يتفاعل مستشعر CO مع أبخرة الإيثانول. الرطوبة العالية أو ارتفاع درجة الحرارة المفاجئة يمكن أن تتخلص من القراءات. يساعد اختيار مستشعر مع تصفية التداخل المدمج ، ولكن لا يوجد مستشعر محصن 100 ٪.
3. كيف تتعامل أجهزة استشعار الغاز مع تركيزات منخفضة من الغاز؟
تختلف الحساسية: يمكن للبعض أن يكتشف الغازات في أجزاء لكل مليار (PPB) نطاقات (مفيدة للمراقبة البيئية) ، في حين أن الآخرين يلتقطون فقط أجزاء لكل مليون (جزء في المليون) أو أعلى (جيد لأجهزة إنذار السلامة). على سبيل المثال ، غالبًا ما تحتاج مستشعرات الفورمالديهايد إلى حساسية على مستوى PPB ، بينما تركز أجهزة الكشف عن البروبان على PPM لتنبيهات قبل مخاطر الإشعال.
4. هل هناك أجهزة استشعار الغاز التي تعمل في بيئات متفجرة؟
بالتأكيد - تم تصميم أجهزة الاستشعار "الآمنة في جوهرها" للأجواء المتفجرة (مثل مصافي الزيت أو المناجم). إنها مختومة لمنع الشرر من المستشعر نفسه من إشعال الغازات القابلة للاشتعال ، ويلبيون معايير سلامة صارمة (على سبيل المثال ، ATEX أو UL Class I Div 1).
5. هل يمكن معايرة أجهزة استشعار الغاز في المنزل؟
ربما ليس بسهولة. تتطلب المعايرة المهنية الوصول إلى تركيزات دقيقة ومعروفة للغاز المستهدف ، وهو أمر غير ممكن بالنسبة لمعظم المستخدمين. توفر بعض الشركات المصنعة مجموعات معايرة لأجهزة الاستشعار الصناعية ، ولكن عادة ما يحتاج المستخدمون المنزليون إلى إعادة الجهاز إلى الشركة المصنعة أو مركز الخدمة.
6. هل تحتاج أجهزة استشعار الغاز إلى تنظيفها؟
في بعض الأحيان ، نعم. يمكن أن يمنع الغبار أو الزيت أو الحطام مدخل غاز المستشعر ، مما يقلل من الاستجابة. يمكن لأجهزة الاستشعار الحفزية ، على وجه الخصوص ، أن تحصل على "تسمم" بواسطة السيليكونات أو أبخرة الرصاص ، والتي تغطي عنصر الاستشعار. قد يساعد التنظيف اللطيف بالهواء المضغوط (تجنب السوائل) ، لكن التلوث الشديد غالبًا ما يعني استبدال المستشعر.
7. ما مدى سرعة استجابة أجهزة استشعار الغاز لتسريبات الغاز؟
يتراوح وقت الاستجابة من ميلي ثانية إلى ثوان. تتفاعل أجهزة الاستشعار الحفزية بسرعة (تحت ثانية) مع الغازات القابلة للاشتعال ، وهو أمر بالغ الأهمية للسلامة. قد تستغرق المستشعرات الكهروكيميائية من 2 إلى 10 ثوانٍ لتحقيق الاستقرار ، في حين أن أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء يمكن أن تكون أبطأ قليلاً (5-20 ثانية) ولكنها أكثر اتساقًا.
8. هل هناك أجهزة استشعار الغاز اللاسلكية؟
نعم ، تتصل العديد من المستشعرات الحديثة عبر Bluetooth أو Wi-Fi أو Lora للمراقبة عن بُعد. إنها شائعة في المنازل الذكية (الربط بالتطبيقات للتنبيهات) أو الإعدادات الصناعية التي تكون الأسلاك صعبة ، مثل المستودعات الكبيرة. يمكن أن تكون عمر البطارية بمثابة مفاضلة ، على الرغم من أن الميزات الهائلة غالبًا ما تستنزف الطاقة بشكل أسرع.
9. هل يمكن لأجهزة استشعار الغاز اكتشاف الغاز عبر الجدران أو الحواجز؟
لا ، تحتاج الغازات إلى الوصول إلى عنصر استشعار المستشعر مباشرة. يمكن أن تمنع الجدران أو الحاويات المختومة أو حتى أغلفة بلاستيكية سميكة تدفق الغاز ، مما يؤدي إلى تأخير أو تفويتها. الموضع هو الأساس-يجب أن يكون المستونون في المناطق المفتوحة حيث من المحتمل أن يتراكم الغاز ، مثل الأسقف القريبة للغازات الأخف من الهواء (الميثان) أو الأرضيات للأثقل (البروبان).
10. ماذا يحدث إذا تعرض مستشعر الغاز لمستويات الغاز فوق نطاقه؟
قد "تشبع" - لا يمكن للمستشعر التمييز بين التركيزات العالية للغاية ، لذلك القراءات كحد أقصى. في الحالات القصوى ، يمكن أن تتسبب المستويات العالية في إتلاف عنصر الاستشعار: على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي كشف مستشعر الحفاز لتركيزات الغاز إلى حد بعيد إلى حرق المحفز ، مما يجعله عديم الفائدة. لهذا السبب تتضمن العديد من الكاشفات حماية الحمل الزائد لإغلاقها مؤقتًا.
قائمة الأمنيات (0 عناصر)