Trừ các loại cảm biến khí dùng trong lĩnh vực an toàn
Cảm biến khí chủ yếu được sử dụng để phát hiện một loại khí cụ thể, đo xem khí đó có tồn tại gần cảm biến hay hàm lượng không khí gần cảm biến hay không. Vì vậy, cảm biến khí thường rất quan trọng trong hệ thống an toàn. Những cảm biến này có thể cung cấp thông tin về các loại khí dễ cháy, dễ cháy và độc hại cho hệ thống an toàn, cũng như mức tiêu thụ oxy và tỷ lệ carbon dioxide trong khu vực.
Cảm biến khí phổ biến bao gồm cảm biến khí điện hóa, cảm biến khí đốt xúc tác, cảm biến khí bán dẫn, cảm biến khí hồng ngoại, v.v. Do nguyên lý và cấu trúc khác nhau, các loại cảm biến khác nhau có hiệu suất, phương pháp sử dụng, loại khí áp dụng và các trường hợp áp dụng khác nhau. Hôm nay mình sẽ liệt kê các loại cảm biến khí thông dụng cho mọi người, hy vọng có ích.
Cảm biến khí điện hóa
Một phần đáng kể các khí dễ cháy, độc hại và có hại, chẳng hạn như hydro sunfua, oxit nitric, nitơ dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, v.v., có hoạt động điện hóa và có thể bị oxy hóa hoặc khử về mặt điện hóa. Bằng cách sử dụng các phản ứng này, thành phần khí có thể được phân biệt và nồng độ khí có thể được phát hiện. Cảm biến điện hóa dựa trên nguyên tắc này.
Cảm biến điện hóa có nhiều loại phụ:
Cảm biến khí loại pin chính
Loại cảm biến này còn được gọi là cảm biến khí loại tế bào Gavoni, hoặc cảm biến khí loại tế bào nhiên liệu hoặc cảm biến khí loại tế bào tự phát. Nguyên lý hoạt động của chúng cũng giống như pin khô mà chúng ta sử dụng hàng ngày, ngoại trừ điện cực carbon mangan của pin đã được thay thế bằng điện cực khí. Lấy cảm biến oxy làm ví dụ, cực âm oxy bị khử và ampe kế điện tử chảy về cực dương, nơi kim loại chì bị oxy hóa. Do đó, cường độ dòng điện liên quan trực tiếp đến nồng độ oxy. Cảm biến này có thể phát hiện hiệu quả các loại khí như oxy, sulfur dioxide, clo, v.v.
Cảm biến khí loại tế bào điện phân có điện thế không đổi
Loại cảm biến này rất hiệu quả trong việc phát hiện khí khử và nguyên lý hoạt động của nó khác với nguyên lý của cảm biến loại pin sơ cấp. Phản ứng điện hóa xảy ra dưới tác dụng của dòng điện, khiến nó trở thành cảm biến phân tích Coulomb thực sự. Cảm biến này đã được sử dụng thành công trong việc phát hiện các loại khí như carbon monoxide, hydrogen sulfide, hydro, amoniac, hydrazine và hiện là cảm biến chính để phát hiện các loại khí độc hại.
Lưu ý: Phân tích Coulomb là phương pháp xác định hàm lượng chất đo được dựa trên định luật Faraday, dựa trên lượng điện năng tiêu thụ trong quá trình điện phân.
Cảm biến khí loại pin nồng độ
Loại cảm biến này có hoạt động điện hóa, khí ở hai bên của pin điện hóa sẽ tự phát tạo thành lực điện động chênh lệch nồng độ. Độ lớn của suất điện động có liên quan đến nồng độ của khí. Ví dụ thành công của loại cảm biến này là cảm biến oxy cho ô tô và máy dò carbon dioxide loại điện phân rắn.
Cảm biến khí loại dòng điện cực trị
Đây là cảm biến đo nồng độ oxy và nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiệu ứng bơm oxy của chất điện phân rắn oxit kẽm ổn định. Dòng điện giới hạn đạt được bằng cách kiểm soát lượng oxy cung cấp cho cực âm thông qua quá trình khuếch tán khí. Loại cảm biến này hiện chủ yếu được sử dụng để kiểm soát quá trình đốt cháy trong nồi hơi, phát hiện nồng độ oxy trong thép nóng chảy và phát hiện oxy trong ô tô.
Cảm biến khí bán dẫn
Cảm biến khí bán dẫn tận dụng các phản ứng oxy hóa và khử của khí trên bề mặt chất bán dẫn, dẫn đến sự thay đổi điện trở của các thành phần nhạy cảm:
Khí oxy và các khí khác có xu hướng hấp phụ ion âm được gọi là khí oxy hóa - khí nhận electron;
Các khí có xu hướng hấp phụ ion dương như hydro, oxit cacbon và rượu được gọi là khí khử - khí cung cấp điện tử.
Khi các khí oxy hóa (khử) được hấp phụ lên chất bán dẫn loại N (P), chất mang điện của chất bán dẫn giảm (tăng) và điện trở suất tăng (giảm); Được hấp phụ vào chất bán dẫn loại P (N), chất mang điện của chất bán dẫn tăng (giảm) và điện trở suất giảm (tăng). (Có thể thấy rằng chất bán dẫn oxy hóa và khử hoàn toàn trái ngược nhau.) Do đó, những đặc tính này có thể phát hiện khí tương ứng một cách hiệu quả.
Cảm biến khí bán dẫn có thể được sử dụng hiệu quả để phát hiện nhiều loại khí như metan, etan, propan, butan, rượu, formaldehyde, carbon monoxide, carbon dioxide, ethylene, axetylen, vinyl clorua, styrene, axit acrylic, v.v. Đặc biệt, loại cảm biến này cảm biến có chi phí thấp và có thể đáp ứng cả nhu cầu công nghiệp và dân dụng.
Nhược điểm: Độ ổn định kém, tác động đáng kể đến môi trường và không phù hợp để sử dụng ở những nơi có yêu cầu đo lường chính xác.
