gas sensors

31
ﺷﺮﻳﻒ ﺻﻨﻌﺘﻲ داﻧﺸﮕﺎه ﻧﻔﺖ و ﺷﻴﻤﻲ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ داﻧﺸﻜﺪه آﺗﺸﮕﻴﺮ و ﺳﻤﻲ ﮔﺎزﻫﺎي ﻧﺸﺖ ﺣﺴﮕﺮﻫﺎي اﻧﻮاع ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ و ﺑﺮرﺳﻲ راﻫﻨﻤﺎ اﺳﺘﺎد: رﺷﺘﭽﻴﺎن داود دﻛﺘﺮ ﮔﺮدآورﻧﺪه: ﺧﻮاﺟﻲ داوود89202893 زﻣﺴﺘﺎن89

Upload: iman-khavvaji

Post on 04-Jul-2015

648 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Gas Sensors

دانشگاه صنعتي شريف

دانشكده مهندسي شيمي و نفت

 

 

 

 بررسي و مقايسه انواع حسگرهاي نشت گازهاي سمي و آتشگير

 

: استاد راهنما

 دكتر داود رشتچيان

 

 :گردآورنده

89202893  داوود خواجي

 

 

 89زمستان

Page 2: Gas Sensors

1

فهرست

3 .................................................................................................................................. ها شكل فهرست

4 ................................................................................................................................................ مقدمه

5 ........................................................................................................................... گاز نگيتوريمان انواع

5 .......................................................................................................................... احتراق قابل يهاگاز- 1

5 ..................................................................................................................... محرك اي يسم يگازها - 2

5 ........................................................................................................................................ ژنياكس - 3

5 ............................................................................................................................................... فيتعار

5 ............................................................................................................................... احتراق قابل طيمح

6 ..................................................................................................................................... اشتعال ينقطه

6 ............................................................................................................................... ياشتعال خود يدما

6 .................................................................................................................................... بخار يتهيدانس

6 ...................................................................................................................................... انفجار حدود

7 ........................................................................................................................... يسم گاز نگيتوريمان

9 ................................................................................................................. گاز ييشناسا يها يتكنولوژ

9 ........................................................................................................................ يستيكاتال دانه يتكنولوژ

10 .............................................................................................................................. كاركرد يمبان

11 ..................................................................................................................................... يژگيو

13 ...................................................................................................................... ستيكاتال تيمسموم

13 ..................................................................................................................... سنسور يها بازدارنده

13 .......................................................................................................................... سنسور نگيكرك

13 ............................................................................................................................ حيتصح بيضر

13 ....................................................................................................................... )جامد حالت(يهاد مهين

14 ..................................................................................................................... ييمايالكتروش يسنسورها

16 .............................................................................................................................. عملكرد يمبان

Page 3: Gas Sensors

2

17 ............................................................................................................................... ياصل ياجزا

19 .................................................................................................................................... هايژگيو

20 .................................................................................................................................. دما و فشار

20 ............................................................................................................................ يريپذ نشيگز

20 ................................................................................................................................... عمر طول

20 ........................................................................................................................ قرمز مادون يسنسورها

21 ........................................................................................................... كوتاه ريمس قرمز مادون يسنسورها

23 ............................................................................................................. بلند ريمس قرمز مادون يسنسورها

23 ..................................................................................................................... كيفتوآكوست يسنسورها

25 ................................................................................................................... يحرارت تيهدا يسنسورها

26 ..................................................................................................................... ونيزاسيونيفتو يسنسورها

27 ................................................................................................................................ ونيبراسيكال

PID ............................................................................................................................. 27 يخروج

29....................................................................................................................................... يريگ جهينت

30.............................................................................................................................................. مراجع

Page 4: Gas Sensors

3

ها شكل هرستف 10 ................................................................................................... يستيكاتال دانه سنسور يبرا وتسون پل 1 شكل

11 ........................................................................................................ آن يرو ستيكاتال با نيپالت ليكو 2 شكل

12 .................................................................................................. متفاوت يها غلظت در سنسور يخروج 3 شكل

14 .......................................................................................................................... يهاد مهين سنسور 4 شكل

15 .......................................................................................................... ييايميالكتروش يسنسورها انواع 5 شكل

15 ......................................................................................................................... ييايميالكتروش ليپ 6 شكل

16 .......................................................................................................... ييايميالكتروش سنسور ساختمان 7 شكل

18 ............................................................................................................. لتريف با ييايميالكتروش سنسور 8 شكل

20 ............................................................................................................ كوتاه ريمس قرمز مادون سنسور 9 شكل

22 ................................................................................................... ساز آشكار كي با قرمز مادون سنسور10 شكل

23 ............................................................................................................ بلند ريمس قرمز مادون سنسور 11 شكل

24 .................................................................................................................... كيفتوآكوست سنسور 12 شكل

25 .................................................................................................................. يحرارت تيهدا سنسور 13 شكل

26 ...................................................................... فرابنفش يها المپ در استفاده مورد يگازها يتابش موج طول 14 شكل

PPM200 ............................................................................................... 27 تا صفر از PID سنسور يخروج 15 شكل

PPM400 ............................................................................................... 28 تا صفر از PID سنسور يخروج16 شكل

PPM4000 ............................................................................................. 28 تا صفر از PID سنسور يخروج 17 شكل

Page 5: Gas Sensors

4

مقدمه

و براي اهدافي كه به طور طبقه بندي در . تانتشار و پخش گازهاي مهلك و سمي يكي از خطرات روزمره زندگي صنعتي اسپيدايش تجهيزات الكترونيكي و تحوالت با پيشرفت علم در دنيا و . زير آمده است نياز به مانيتورينگ گازهاي سمي است

عظيمي كه در چند دهه ي اخير و درخالل قرن بيستم به وقوع پيوست نياز به ساخت حسگرهاي دقيق تر،كوچكتر و داراي شود كه در ادامه به بررسي اين نوع سنسورها امروزه از حسگرهايي با حساسيت باال استفاده مي. قابليتهاي بيشتر احساس شد

.استته شدهپرداخ

.صنايع به داليلي كه در ادامه مي آيد، نياز به نظارت بر مقدار و نوع گازهاي موجود در محيط است در

منبع خطر خطرنوع هدف نظارت دليل

گازهاي سمي ايمني كارگران حفاظت افرادعيب نشت، انتشار مواد فرار،

هاي فرايندي

انفجار ايمني كارگران و تجهيزات انفجارحضور گاز يا بخارهاي قابل اشتعال، عيب هاي فرايندي

تخريب محيط زيست محافظت از محيط زيست محيط زيستنشت نفت و مشتقات به فاضالب يا رود،ِ انتشار

گازهاي اسيدي

نقص فني در فرايند كنترل فرايند فرايندهاي صنعتياشتباهات احتمالي يا خطا در

فرايندهاي ديگر

Page 6: Gas Sensors

5

مانيتورينگ گازانواع

گازهاي قابل احتراق-1 ،اين نوع گازها مي تواند سبب خطرات انفجاري شوند از اينـرو بـراي جلـوگيري از انفجـار در شـرايط اتمسـفريك

انـدازه گيـري ايـن مـوار معمـوال بـه . )حداقل درصد حجمي بـراي انفجـار LEL( هر گاز قرار گيرد LELدر زير بايد غلظتنظارت بر گازهاي قابـل احتـراق . توان اكسيژن را از محيط تخليه كردهمچنين مي. شودزارش ميگ LELصورت درصدي از

.اي باشد كه قبل از شرايط انفجار، هشدارها فعال شوندبايد به گونه

گازهاي سمي يا محرك -2اندازه . قرار گيرداين نوع گازها براي سالمتي انسان خطرناك هستند و در معرض بودن كارگران بايد مورد نظارت

اي طراحي هاي گازهاي سمي به گونههشداردهنده. بيان مي شود) جزء در ميليون( ppmگيري اين موارد معموال به صورت توانند بعضي از دستگاههاي نضارت بر غلظت مي .از اينكه به حالت مضر براي سالمتي برسند فعال شوندشوند كه قبل مي

.را حساب كنند TWAو STELمتوسط زمان در معرض بودن شامل

اكسيژن -3هوايي كه oxygen deficient.نرمال انسان مناسب نيستاكسيژن داشته باشد براي تنفس % 5/19هوايي كه كمتر از

گيري به صورت اندازه .دهدشود و خطر انفجار را افزايش ميگفته مي" غني از اكسيژن"اكسيژن داشته باشد % 25بيش از گيري اكسيژن هم براي دستگاههاي اندازه. است% 8/20ميزان نرمال اكسيژن در سطح دريا . گيرددرصد حجمي صورت مي

.دهندكمبود اكسيژن و باال بودن آن هشدار مي

تعاريف

محيط قابل احتراق .ت، اكسيژن كافي و منبع جرقهسوخ: براي به وجود آمدن آتش سوزي سه شرط بايد وجود داشته باشد

و يا جرقه منابع داغ ،تابش به صورت نور خورشيد.كبريت، فندك، مشعل، جوشكاري از منابع مهم جرقه هستند .توانند سبب اشتعال شوندناشي از كليدهاي الكتريكي، قطع دوشاخه برق از پريز و همچنين الكتريسيته ساكن نيز مي

Page 7: Gas Sensors

6

ي اشتعالنقطهي اشتعال خـود كنند مگر آنكه در نقطهاشتعال در به طور معمول گاز يا بخار كافي براي اشتعال توليد نميمواد قابل

شود كه مايع حداقل بخار الزم را براي توليد شعله ايجاد كند و به اين معنـي ترين دمايي گفته ميي اشتعال به پاييننقطه. باشندي اشـتعال باشـد و همچنـين اگر دماي مايع در نقطه. ور شدن وجود نداردراي شعلهي اشتعال بخار الزم باست كه در زير نقطه

.ي اشتعال مواد معمول آمده استليستي از نقطه NFPAدر اسناد . ور خواهد شدماده شعلهمنبع جرقه نيز وجود داشته باشد،

به طـور كلـي . اشتعال هستند حائز اهميت استي خطر به علت حضور مايعات قابل ي اشتعال از اينرو كه نمادي از درجهنقطه .كندتر باشد به راحتي مخلوط سوخت و هوا شكل گرفته و خطرات بزرگتري را ايجاد ميي اشتعال پايينهر چه نقطه

دماي خود اشتعاليقط توسط نبع بيروني جرقه و فتوانند بدون حضور ماكثر مواد شيمايي قابل اشتعال اگر تا دماي خاصي گرم شوند مي

.گويند "دماي خود اشتعالي "ي گرمايي خود به صورت آني مشتعل شوند و به اين دماانرژ

ي بخاردانسيتهتـر از هـوا اكثـر بخارهـاي قابـل اشـتعال سـنگين . ي بخار نسبت وزني بخار به هوا در حجم هاي مساوي استدانسيته

ي بخـار بزرگتـر از يـك بـه گاز يا بخاري با دانسيته. شوندميهستند و به سمت زمين حركت كرده و در نزديكي زمين مستقر گـاز يـا ). دارد 0/3ي بخـار بزرگتـر از ماننـد هگـزان كـه دانسـيته (كندتر براي يافتن منبع جرقه حركت ميسمت سطوح پاييني بخـار دانسـيته ). دارد 6/0ر ي بخـا مانند متان كه دانسيته(ي بخار كمتر از يك دارد تمايل به باال رفتن داردبخاري كه دانسيته

گيرد كمـك بسيار مهم است زيرا در تعيين مكاني كه تجمع گاز يا بخار صورت مي براي تعيين محل مناسب قراردادن سنسور .كندمي

حدود انفجارتوانـد جـاي اكسـيژن را براي توليد شعله ميزان مشخصي از گاز يا بخار بايد وجود داشته باشد اما ميزان زياد گاز مـي

و حـد بـااليي LELبـه حـد پـاييني . از اينرو حدودي در باال و پايين غلظت گاز تعريف شده اسـت . بگيرد و مانع اشتعال شودUEL گويند.

Page 8: Gas Sensors

7

.استبراي چند گاز در جدول زير آمده UELو LELمثالي از

LEL UEL نوع گاز

درصد حجمي 0/15 درصد حجمي 0/5 متان درصد حجمي 0/75 درصد حجمي 0/4 هيدروژن درصد حجمي 5/9 درصد حجمي 1/2 پروپان درصد حجمي 100 درصد حجمي 5/2 استيلن

،ي متفـاوتي دارنـد مـاده هـاي متفـاوت محـدوده . تواند مشتعل شودگاز يا بخاري كه در اين محدوده قرار گيرد مي .تر هستندخطرناك ،گسترده اشتعال يواضح است كه مواد با محدوده. بعضي بسيار گسترده و بعضي بسيار كوچك هستند

مانيتورينگ گاز سميهـاي زنـده را داشـته باشـد و سـبب آسـيب بـه شود كه توانايي آسيب رساندن بـه بافـت گاز سمي به گازي گفته مي

كه نياز است تا ايـن آثـار را گازي حداقل ميزان .بدترين حالت سبب مرگ شوددستگاه عصبي مركزي، مريضي شديد و در . به وجود بياورد به نوع ماده و زمان در معرض بودن وابسته است

:رودهاي شناسايي گاز براي گازهاي سمي در دو كاربرد متفاوت به كار ميسيستم

)شامل نشت گاز(مانيتورينگ هواي محيط -١

براي سالمتي كاركنانشناسايي ميزان گاز

براي كاهش نشت تركيبات گرانقيمت

مانيتورينگ فرايند -٢

در صنايع پالستيك، رابر، (براي مانيتور كردن ميزان مواد شيمايي استفاده شده در سنتز فرايندهاي شيمايي )صنايع غذايي

هاي كم در حد مي تواند غلظتppm هاي باال به صورت درصد حجميتا غلظت

Page 9: Gas Sensors

8

سنسورهاي مادون ،اييالكتروشيميسنسورهاي بيشتر از نوع مورد استفاده در صنايع مانيتورينگ گاز تكنولوژيهاي .قرمز، سنسورهاي نيمه هادي و سنسورهاي فتويونيزاسيون هستند

كمبود اكسيژن

برسد به آن هواي % 5/19كه اگر درصد اكسيژن به زير حجمي اكسيژن است% 8/20هواي نرمال شامل در هواي كم اكسيژن، اكسيژن مورد نياز براي بدن توسط گازهاي ديگر مانند كربن . شوديژن گفته مياكس كمكاهش اكسيژن . شود و تنفس در اينچنين هوايي بسيار خطرناك و شايد منجر به مرگ شوداكسيد جايگزين ميدييه شدن مواد اكسيژن مورد نياز از هوا در تجز. ي خوردگي، زنگ زدن فلزات، يا فرمانتورها باشدتواند در نتيجهمي

تواند با توجه به غلظت اكسيژن يا غلظت گازهاي ديگر به صورت تدريجي يا ميزان اكسيژن مي. شودتامين مي .ناگهاني كاهش يابد باشد و آثار متفاوتي بر جاي بگذارد

هاي زندهاثر روي سيستم درصد اكسيژن اثر قابل مشاهده اي ندارد 16- 5/19

16 -12 كاهش .تند شدن ضربان قلب.افزايش سرعت تنفس

قدرت تفكر و تمركز و هماهنگي

14 -10 خستگي شديد در عضالت و تنفس هاي نامنظم و عدم

توانايي تصميم گيري صحيح

10 -6 بيهوشي . عدم توانايي تحرك. حالت تهوع و استفراغ

منتج به مرگ تنفس سخت و مرگ در چند دقيقه 6كمتر از

Page 10: Gas Sensors

9

تكنولوژي هاي شناسايي گازتوان به موارد زير ترين آنها ميرود كه از متدوالامروزه تكنولوژي هاي متفاوتي براي شناسايي گاز به كار مي

.اشاره كرد

دانه كاتاليستي

حالت جامد"معروف به ( هادياكسيدهاي فلزي نيمه"(

اي مسير كوتاهمادون قرمز نقطه

مادون قرمز مسير بلند

مادون قرمز فتوآكوستيك

الكتروشيميايي براي گازهاي سمي

الكتروشيمايي براي شناسايي اكسيژن

هدايت گرمايي

يونيزاسيون نوري

NDIR

تكنولوژي دانه كاتاليستيهاي كاتاليستي براي در اين تكنولوژي از دانه .رودتكنولوژي دانه كاتاليستي براي گازهاي قابل اشتعال به كار مي

ي پوشانده شده از به اين صورت كه سيم پيچي با سراميك يا شيشهشود كردن گازهاي قابل اشتعال استفاده مي اكسيدبا افزايش . شودگيرد گرم ميشود و به صورت الكتريكي تا دمايي كه سوختن گاز صورت ميكاتاليست پوشش داده مي

شود و به صورت مقاومت توسط پل واتسون اندازه گيري مييابد كه اين دماي سيم، مقاومت الكتريكي آن نيز افزايش مياين .رودهمچنين سنسور ديگري نيز براي حذف كردن اثر دما، فشار و رطوبت به كار مي. آيددر ميجريان الكتريكي

به دما، توان به عمر طوالني، حساسيت كمسور مياز مزاياي اين سن. كندبيان مي LELسنسور نتايج را به صورت درصدي از ي بزرگي همچنين اين سنسور داراي دقت بااليي است و پاسخ سريعي دارد و محدوده. رطوبت، ميعان و تغيير فشار اشاره كرد

-براي نشان دادن ميزان گاز يا بخار به اكسيژن يا هوا احتياج دارد و استفاده. كنداز غلظت بخار يا گاز در هوا را پيش بيني مي

.دهدباال عمر آن را كاهش مي LELي مكرر آن در درصد

Page 11: Gas Sensors

10

كاركرد مبانيهرچند در حضور مواد شيميايي خاصي گاز در . سوزندگازهاي قابل اشتعال تا به دماي اشتعال خود نرسند، نمي

بيشتر اكسيد فلزات و تركيبات انها اين . شود و به اين پديده سوختن كاتاليستي گويندور ميتري شعلهدماهاي پايينو استفاده از اين نوع فلزات در . هاي بسيار مناسبي براي احتراق هستندپالتين و پاالديم كاتاليست. ويژگيها را دارند

اند به آنها ها بر اين اساس ساخته شدهو چون اينگونه كاتاليست. خروجي اگزوز خودروها به همين علت است .شودسنسورهاي كاتاليستي گفته مي

ي همه. شودي سطح كاتاليست در دماي كمتري نسبت به دماي احتراق خود اكسيد ميمولكول گاز بر رو گويند و به مي) Ct(كند و به آن ضريب مقاومت دماييمواد هادي الكتريسيته با تغيير دما هدايت آنها نيز تغيير مي

.شودصورت درصد تغييرات به تغيير دما بيان مي

Ct، ١٠٠٠ ° Cتا C°500 فلزات دارد و عالوه بر آن بين دماهايبزرگتري نسبت به ساير Ctپالتين

تواند به پالتين از نظر فيزيكي مقاوم است و مي. كندسنسور عمل ميي دمايي است كه خطي است و اين محدودهتواند بدون تغيير خواص فيزيكي براي شكل سيم درآيد و همچنين مقاومت در برابر خوردگي خوبي دارد و مي

.زماني طوالني كار كند مدت

نشان 1همانطور كه در شكل. شودگيري خروجي سنسور كاتاليستي استفاده مياز پل واتسون براي اندازه .شودگير متصل مياست يك سر مدار به جريان الكتريكي و سر ديگر آن به عنصر اندازهداده شده

پل وتسون براي سنسور دانه كاتاليستي 1شكل

Page 12: Gas Sensors

11

و R1. يك پل متعادل خروجي ندارد. شوداي است كه سبب تعادل پل واتسون ميمقاومت تنظيم كننده R1 مقاومتRB زماني كه گاز بر روي سطح سنسور . شوند تا سبب كارايي صحيح مدار شودي كافي بزرگ انتخاب ميبه اندازهبا برهم خوردن تعادل پل . شودشود و در نتيجه سبب مقاومت سنسور مياي مقاومت ميافزايش دمسوزد سبب مي

مقاومتش در حضور گاز قابل احتراق بسيار مهم است كه سنسور مرجع. شودجريان خروجي از پل اندازه گرفته مي .ثابت بماند در غير اينصورت سيگنال اندازه گرفته شده دقيق نخواهد بود

با وجود خواص عالي . نشان داده شده است 2باشد كه در شكل كاتاليستي اصوال به شكل سيم پيچ ميسنسور براي سوختن اينگونه گازها . فيزيكي و شيميايي پالتين، كاتاليستي ضعيف براي سوختن گازهاي هيدروكربني است

-كند و سبب ميپالتين شروع به تبخير ميي سلسيوس نياز است كه در اين دماها درجه 1000تا 900به دماي سطح

پيچ همچنين سيم .پيچ كاهش يابد و مقاومت افزايش يابد و بر روي عملكرد سنسور تاثير بگذاردشود ضخامت سيم C ° 1000از آنجايي كه پالتين در دماي. پوشانندمرجع نيز با مواد واكنش ندهد از اينرو آن را با فلزاتي مانند طال مي

شود دماي كاركرد آن براي پوشانند كه سبب ميدهد آن را با اكسيد فلزات ميپيچ تغيير شكل ميود و سيمشنرم مي .ي سلسيوس كاهش يابد همچنين مقاومت فيزيكي آن نيز افزايش يابددرجه 600تا 400هيدروكربن ها به

كويل پالتين با كاتاليست روي آن 2شكل

ويژگيي سيگنال خروجي در غلظت  بيشينه. روجي سنسور به طور مستقيم با سرعت اكسيداسيون وابسته استخ

به طور مثال براي متان،. استوكيومتري گاز اتفاق مي افتد

Page 13: Gas Sensors

12

پس . با فرض يك مول اكسيژن و چهار مول نيتروژن براي هوا، نياز به ده مول هوا براي كامل كردن واكنش استآن را متان تشكيل 09/9%متان نياز به ده مول هوا است يا به بيان ديگر مخلوطي از هوا و متان كه براي احتراق كامل

.داده است

به طور ) LELصد درصد (رود در غلظت هاي صفر تا پنج درصد متانسنسوري كه براي شناسايي متان به كار ميسيگنال به شدت افزايش ) نه درصد(ومتريبا نزديكتر شدن غلظت به غلظت استوكي )3شكل (.كندخطي تغيير مي

سيگنال كاهش 20%با گذشتن از غلظت . دهدغلظت، نمودار يك بيشينه در خروجي نشان مي 10%يافته و در حدود .درصد غلظت هيچ خروجي نخواهيم داشت 100%مي يابد و در

خروجي سنسور در غلظت هاي متفاوت 3شكل

Page 14: Gas Sensors

13

كاتاليستمسموميت توان به تركيبات سيليكون دار اشاره شوند كه براي نمونه ميبعضي از مواد شيميايي سبب از كارافتادن كاتاليست مي

.نيز از اين دسته هستندهمچنين تركيبات گوگرد دار و فلزات سنگين ). هاروغنمانند ( كرد

بازدارنده هاي سنسور

رود سبب از كار افتادن موقتي گاه اطفا حريق و سياالت مبرد به كار ميها كه در دستمواد شيميايي مانند هالوژن .كنندساعت قرار گرفتن در دماي محيط دوباره به صورت نرمال كار مي 48تا 24و پس از شودكاتاليست مي

كركينگ سنسور

بر روي سطح رخ شود و اكسيداسيون اگر سنسور در معرض غلظت باالي گاز قرار گيرد حرارت زيادي ايجاد مي .شوددهد و سبب تخريب ميمي

ضريب تصحيح

اكثر سازنده . شونداكثر سنسورهاي كاتاليستي با گاز متان كاليبره مي. كنندهايي را براي بررسي گازهاي ديگر تهيه ميها ضريب تصحيح

دليل استفاده متان به عنوان مرجع، پيوند اشباع آن است كه سبب باالتري كاركند و به طور مثال اگر براي متان به شود در دماي مي

بنابراين . ولت نياز است 3/2ولت نياز باشد براي بوتان به 5/2ولتاژ تواند متان را به اگر بوتان به عنوان مرجع انتخاب شود ديگر نمي

.دليل ديگر انتخاب متان استفاده بيشتر آن است. خوبي محاسبه كند

)حالت جامد(نيمه هادي

Page 15: Gas Sensors

14

ي نيمه در اين نوع سنسور ماده. رودبراي گازهاي قابل احتراق و گازهاي سمي به كار مي )4شكل (اين نوع سنسوري عايق تا دمايي كه گاز بتواند تغييرات پايه. گيردگيرد و بين دو الكترود جاي ميي عايق قرار ميهادي بر روي پايه

زماني كه هيچ گازي وجود نداشته باشد .اد كند گرم خواهد شدهادي ايجي نيمهبرگشت پذيري را در هدايت مادهزماني كه مولكولهاي گاز مورد نظر . شود و سنسور نيمه هادي خواهد شداكسيژن بر روي سطح سنسور يونيزه مي

اين تغييرات . موجود باشد، جايگزين يونهاي اكسيژن خواهد شد و سبب كاهش مقاومت بين دو الكترود خواهد شداين سنسور ميزان گاز را به . ورت الكتريكي اندازه گيري خواهد شد و متناسب با غلظت گاز مورد نظر استبه ص

- غلظت هاي كم را اندازه مي(توان به حساسيت باالاز ويژگيهاي اين نوع سنسور مي. كندبيان مي ppmصورت

. توان اشاره كردي دمايي باال و عمر طوالني ميگستره) گيرد

سنسور نيمه هادي 4شكل

سنسورهاي الكتروشيماييگيـري غلظـت بـاز مـي گـردد كـه از آنهـا بـراي انـدازه 1950قديميترين سنسورهاي الكتروشيميايي به سال

گيـر سنسـورهاي براي رعايت غلظـت گازهـاي سـمي و آتـش OSHAبا توجه به نيازهاي . شداكسيژن استفاده مي .كنيددر شكل چند نمونه از اين سنسورها را مشاهده مي. بهتري ساخته شدندكوچكتر و

Page 16: Gas Sensors

15

انواع سنسورهاي الكتروشيميايي 5شكل

برداشـت . گـردد مـورد نظـر بـازمي ي ي فيزيكي، شكل هندسي دستگاه و انتخـاب اجـراي آن بـه نـوع اسـتفاده اندازهي آن هـا يكـي هسـتند، شـايد ظـاهر اشتباهي كه در مورد سنسورهاي الكتروشيميايي وجود دارد اين اسـت كـه همـه

كارايي ايـن نـوع سنسـورها بـا توجـه بـه . سنسورهاي الكتروشيميايي يكسان باشد اما توانايي آنها بسيار متفاوت استبراي مثال سنسور گازي غلظت پـايين و . خگويي و عمر مفيد آنها متفاوت استحساسيت، گزينش پذيري، زمان پاس

دقت باال از غشاي آبگريز با تخلل باال براي عبور بيشتر مولكول هاي گاز اسـتفاده هرچند ايـن طراحـي سـبب . كند تا سيگنال كافي براي دقت مناسب ايجاد كندميبخيـر شـوند و بـه بيـان ديگـر بيشـتري ت ) آب(هاي الكتروليتشود كه مولكولمي

.سنسور الكتروشيميايي با عمر باال به سبب تبخير عمر مفيد كوتاهتر دارد

تركيت درصد الكتروليت و نوع الكترد مورد استفاده باتوجه بـه واكـنش

بـا انتخـاب صـحيح الكتروليـت و الكتـرود . شودپذيري گاز مورد نظر انتخاب ميري مـورد نظـر رسـيد امـا شـايد حساسـيت آن حسگر، شايد بتوان به گزينش پـذي

.كاهش يابد

پيل الكتروشيميايي 6شكل

Page 17: Gas Sensors

16

مباني عملكرد. دهنـد سنسورهاي الكتروشيميايي با واكنش دادن با گاز مورد نظر سيگنالي متناسب با غلظت گـاز ارائـه مـي

اسـت كـه در حسگر، الكترود مخالف واليه نازكي از الكتروليت تشكيل شدهيك سنسور الكتروشيميايي از الكترود گاز در تماس با الكترود حسـگر ابـدا از حفـره مـوييني عبـور كـرده و از مـانع آبگريـزي . شكل نشان داده شده است

شـود اين روند سبب مي. رسدگذشته و به سطح الكترود ميد وسـيگنال تا ميزان ورود گاز مورد نظر تحـت كنتـرل باشـ

مناسب توليد كند و همچنين از نشت الكتروليت جلـوگيري گاز نفوذ كرده از درون مانع در سطح الكترود حسـگر . كند

دهد كـه ايـن واكـنش واكنش اكسايش يا كاهش انجام مي

هاي با توجه به نوع الكترود مورد استفاده بـراي گـاز مـورد الكتـرود بـا اتصـال مقاومـت بـين درو . نظر تسريع مي يابنـد

.توان آن را اندازه گرفتشود كه ميجرياني متناسب با غلظت گاز، بين آند و كاتد برقرار مي

براي سنسورهايي كه نياز به اختالف ولتاژ خارجي دارند، بسيار مهم است كه پتانسـيل ثابـت و . اهميت الكترود مرجعرود حسگر به علت واكنش شـيميايي كـه در سـطح آن در واقع پتانسيل الكت. پايداري در الكترود حسگر داشته باشيم

از ايـن رو از يـك الكتـرود مرجـع . شودماند و سبب كاهش كارايي سنسور در طول زمان ميافتد ثابت نمياتفاق ميگيـرد اين الكترود مرجع درون الكتروليت در نزديكي الكترود حسگر قرار مـي . شودبراي افزايش كارايي استفاده مي

الكترود مرجع اين پتانسـيل را در سـطح الكتـرود حسـگر . شودل ثابت و پايداري بر الكترود حسگر اعمال ميو پتانسيميزان جريان اعمال شده بر الكترود مرجع، آن را براي كار بـا گـاز . كنددارد اما جرياني از آن عبور نميثابت نگه مي

.كندمورد نظر محدود مي

بـه . كنند نياز به اختالف ولتاژ خارجي ندارندصورت پيل سوختي عمل مي سنسورهاي الكتروشيميايي كه به ي الكتـرون دارد كـه تـامين كننـده Cdيا Pbعنوان مثال سنسور الكتروشيميايي مخصوص اكسيژن، آندي از جنس

طريق مـدار شود كه از هايي آزاد ميدر طول اكسيداسيون آند، الكترون. براي واكنش كاهش اكسيژن در كاتد است .كندكنند كه در آنجا مولكول اكسيژن الكترون را به شكل زير مصرف ميخارجي به سمت كاتد حركت مي

ساختمان سنسور الكتروشيميايي 7شكل

Page 18: Gas Sensors

17

الكتروليت اسيدي

-2Pb + 2H2O 2PbO + 4H+ + 4e اكسايش در آند

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O كاهش در كاتد

الكتروليت بازي

-2Pb + 4OH- 2PbO + 2H2O + 4e اكسايش در آند

- O2 + 2H2O + 4e- 4OH كاهش در كاتد

.اينگونه سنسورها نياز به الكترود مرجع ندارد

اجزاي اصلي

ايـن غشـاها بـراي پوشـش دادن الكتـرود ). غشاهاي آبگريز(غشاهاي گاز تراوا -الف. توان از آن براي كنترل نفـوذ گـاز اسـتفاده كـرد رود و همچنين ميحسگر به كار مي

بـه ايـن نـوع .شـوند هـاي نـازك، متخلخـل تفلـون سـاخته مـي مواد از اليـه اين نوع در حالـت . شـود گفته مي) پوشانده شده توسط غشا( membrane cladسنسورها

ديگر الكترود حسگر توسط تفلـون بـا تخلخـل بـاال پوشـانده مـي شـود وميـزان گـاز capillary typeشـود وبـه ايـن سنسـورها ورودي توسط حفره مـويين كنتـرل مـي

.شوداطالق مي

غشــا عــالوه بــر ايجــاد مقاومــت مكــانيكي بــراي سنســور، مــانع عبــور ذرات هاي غشا و حفره مويين براي انتقال مقدار انتخاب صحيح حفره. ناخواسته نيز مي شوداي باشـدكه بـه ميـزان الزم گـاز را ي حفره بايد به گونهاندازه. مناسب گاز الزم است

.ن از نشت الكتروليت جلوگيري كندعبور دهد و همچني

Page 19: Gas Sensors

18

انتخاب صحيح ماده براي الكترود مناسب بسيار حائز اهميـت اسـت زيـرا نيمـي از واكـنش در الكتـرود . الكترود-ب. شـوند شود كه سبب تسريع واكنش مـي معموال الكترود از مواد نجيب مانند پالتين و طال ساخته مي.گيردصورت مي

.شوند تا سلول واكنش كامل شودترود مي تواند از جنس مختلفي ساخته ميبسته به نوع سنسور هر الك

همچنـين بايـد . شـود الكتروليت سبب تسهيل واكنش و حمل يون هاي باردار در بين الكتـرود هـا مـي . الكتروليت-ج .پتانسيل مرجع پايدار با الكترود تشكيل دهد و همچنين با الكترود ها سازگار باشد

. تا مانع ورود بعضي از گازهـاي ناخواسـته شـود )8شكل (شوندفيلتر شوينده بر روي سنسور نصب ميگاهي . فيلتر-دذغـال فعـال، اكثـر . شـود معموال از ذغال فعال براي فيلتر استفاده مي

-مواد شيميايي به غير از هيدروژن و مونوكسـيد كـربن را فيلتـر مـي

.پذير تر كردگزينشتوان سنسور را با انتخاب صحيح فيلتر مي. كند

.براي بعضي از واكنشها به شكل زير است) آند( واكنش در الكترود حسگر. اهميت اكسيژن

CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-

H2S + 4H2O H2SO4 + 8H+ + 8e-

NO + 2H2O HNO3 + 3H+ + 3e-

H2 2H+ + 2e-

2HCN + Au HAu(CN)2 + H+ + e-

.شود تا واكنش كامل شودهمزمان با اين واكنش در الكترود ديگر اكسيژن مصرف مي

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

اگر اكسيژن به ميزان كافي براي كامل كردن واكنش تامين نشود عمر سنسور كـاهش مـي يابـد و سنسـور بـه خـوبي كلـراين و NO2كننـد ماننـد كـاهش كه گاز مورد نظر در واكنش كـاهش شـركت مـي سنسورهايي . كندعمل نمي

سنسور الكتروشيميايي با فيلتر 8شكل

Page 20: Gas Sensors

19

شـود، ايـن نـوع درآند آب به طود همزمـان مصـرف مـي . شوداوزون در كاتد آب به عنوان محصول جانبي توليد مي .سنسور ها نيازي به حضور اكسيژن براي كاركرد صحيح ندارند

.استهمانطور كه در زير نشان داده شده

NO2 + 2H+ + 2e- NO + H2O

Cl2 + 2H+ + 2e- 2HCl

O3 + 2H+ + 2e- O2 +H2O

ويژگيها .در زير ويژگيهاي عمومي سنسورهاي الكتروشيميايي آمده است

در سنسورهايي با سه الكترود به طور نرمال جامپري قرار دارد كه الكترود حسگر و مرجـع را بـه هـم متصـل -1براي هر مكـاني . شودكند و با برداشتن اين جامپر زمان بسيار زيادي براي پايدار شدن سنسور مصرف ميمي

كشد تا سنسور به حالت پايدار برسد و اين پايدار شدن تا سـه بين سي دقيقه تا بيست و چهار ساعت طول مي .يابدهفته ادامه مي

شود بايد دقت نمود تا منبع تغذيه آن زات استفاده ميزماني كه از سنسورهاي قابل حمل يا ساكن براي تجهي .قطع نشود در غير اينصورت بايد آن مكات چندبار چك شود

نـرو ياز ا. كـاركردن دارنـد حيصح يبرا ژنياكس يكم زانيبه م ازين يسم يگازها ييشناسا ياكثر سنسورها -2 يهـا طيكـار در محـ يبهتر است برا .شود يپشت دستگاه قرار داده م ايدر كنار هيتهو يبرا يسوراخ كوچك

.با كارخانه سازنده چك شود ژنيبدون اكس

شـود و مـانع از نشـت الكتروليت سنسورهاي شيميايي، محلولي آبي است كه توسط مـانع آبگريـز جـدا مـي -3در شـرايط كـاركرد . تواند عبور كنداما بخار آب مانند ساير مولكولهاي گاز مي. شودمحلول الكتروليت مي

تواند دچار تجمع الكتروليت و نشتي شود و همچنين كـاركردن در محيط هاي بسيار مرطوب، سنسور ميدر سنسورهايي كه براي انـدازه گيـري غلظـت . محيط هاي خشك مي تواند منجر به خشك شدن سنسور شود

بـه محفظـه داراي موانع با خلل و فـرج ريـز هسـتند تـا از ورود زيـادي گـاز . هاي باالي گاز به كار مي روددر اين حالت مشكل كمتري براي محلول الكتروليت به وجود مي آيـد زيـرا نفـوذ آب نيـز . جلوگيري كنند

رود داراي حفـرات بزرگتـري هسـتند و محدود مي شود اما سنسورهايي كه براي غلظت كم گاز به كار مـي .گيردعبور و مرور مولكولهاي آب راحت تر صورت مي

Page 21: Gas Sensors

20

فشار و دماكنند و نسـبت بـه دمـا الكتروشيميايي كمتر با فشار تغيير مي سنسورهاي

شوند تا اثر آن را خنثـي اي ساخته مينيز خيلي حساس نيستند و به گونهغلظـت را بيشـتر C ° 25بـه طـوركلي سنسـورها در دمـاي بـاال . كننـد

. كننـد كنند و در زير اين دمـا، غلظـت را كمتـر گـزارش مـي قرائت ميبـه ازاي يـك درجـه 0/1%تـا 5/0% ير دما در حدود خطاي ناشي از تغي .تغيير در دماست

گزينش پذيريپـذيري مناسـبي بـراي سنسورهاي الكتروشيميايي به طور كلي گـزينش

شناسـايي بهتـرين سنسـور الكتروشـيميايي بـراي . گاز مورد نظر ندارندسـاير . عمـر مفيـد بـااليي دارد پـذيري مناسـب قابليـت اعتمـاد بـاال و همچنـين گاز اكسـيژن اسـت كـه گـزينش

ضـريب تـداخل بـراي سنسـور .گيرنـد سنسورهاي الكتروشيميايي تحـت تـاثير تـداخل گازهـاي ديگـر قـرار مـي هـر چـه ايـن ضـريب بـاالتر . مونوكسيدكربن در جدول زير براي دو حالت غشا دار و بي غشا آورده شده اسـت

.باشد اثر تداخل كمتر است

طول عمربه طور كلـي . سنسور الكتروشيميايي به عواملي مانند شرايط محيطي و گاز مورد نظر وابسته استطول عمر يك

طول عمر مفيد واقعي به ميزان گاز در معـرض قرارگرفتـه وابسـته . عمر مفيد اين سنسور بين يك تا سه سال است. شـود نهـا اسـتفاده مـي سنسورهاي الكتروشيمايي مصرف برق كمي دارند و در تجهيـزات قابـل حمـل از آ . است

. ي اين نوع سنسورها در فضاهاي محبوس استبيشترين استفاده

مادون قرمزسنسورهاي تكنولوژي شناسايي گاز توسط دستگاههاي

، تكنولوژي كامال )IR(مادون قرمز

سنسور مادون قرمز مسير كوتاه 9شكل

Page 22: Gas Sensors

21

مادون قرمز نسبتا پيچيده و گران قيمت هستند و با پيشرفت قطعات الكترونيكي دستگاههاي آناليز . اي استپيشرفتهروند، اكثرا خورنده و گازهايي كه توسط اين نوع سنسورها براي شناسايي به كار مي. كنندنيز به سرعت پيشرفت مي

- است دچار مشكل مياز اين رو بيشتر سنسورهايي كه قطعات آنها با اين نوع گاز در تماس . واكنش پذير هستند

گاز مورد نظر . برتري دستگاههاي مادون قرمز، عدم تماس قطعات اصلي آن با گاز مورد اندازه گيري است. شوند .اي ساخت تا در برابر اين گاز مقاوم باشدقطعات اين سلول را به گونهتوان شود كه ميوارد سلول اندازه گيري مي

در . توانند تا بيشتر از ده سال كار كنندديگر بسيار باالتر است و مي عمر اين نوع سنسور نسبت به سنسورهايكاربردهايي كه سنسور بايد به طور پيوسته با گاز مورد نظر در تماس باشد، عمر سنسورهاي كاتاليستي و حالت جامد

.يابد اما بر روي عمر سنسور مادون قرمز هيچ اثري نداردكاهش مي

راي كاربردهاي متفاوت موجود هستند كه اكثر آنها داراي طراحي ساده و قابل اعتماد ب IRامروزه اندازه گيري براي استفاده كاربر مناسب IRبه طور كلي در كاربردهاي مانيتورينگ گازهاي سمي و آتشگير تجهيزات . هستند

ر تشكيل شده باشند توانايي مولكول هاي گازي كه از دو اتم غيرمشابه يا بيشت. هستند و نياز به نگه داري كمي دارندسنسورهاي مادون قرمز بسيار گزينش پذير هستند و قدرت بااليي در شناسايي نوع . جذب تابش مادون قرمز را دارند

تا ppmي كاربري وسيعي نيز هستند و مي توانند غلظت هاي كم در حد گاز مورد نظر دارند همچنين داراي گستره .كنندصد درصد غلظت را اندازه گيري

.كنندمسير كوتاه، مسير بلند و فتوآكوستيك تقسيم بندي ميي سنسورهاي مادون قرمز را به سه دسته

سنسورهاي مادون قرمز مسير كوتاهامواج منبع مادون قرمز،. كننداين نوع سنسورها از يك محفظه ي كوچك براي شناسايي گاز مورد نظر استفاده مي

- طيف خاصي از اين امواج توسط گاز مورد نظر جذب شده و شدت آن كاهش مي. دمادون قرمز را انتشار مي ده

- يابد، قسمت ديگر امواج به علت عدم وجود گازي كه بخواهد شدت آن را بكاهد، بدون تغيير به آشكارساز مي

و با مقايسه اين دو. شوندبه آشكار رسيده و در آنجا جذب مي) مرجع و جذب شده(اين دو طول موج .رسدشود از دو همان طور كه در شكل مشاهده مي .شودغلظت گاز مورد نظر اندازه گيري مي ،استفاده از قانون بير

هايي را كه گاز مورد نظر شود كه آشكار ساز فعال طول موجآشكار ساز براي بررسي طيف مادون قرمز استفاده ميدر .كندكند فيلتر ميي را كه گاز مورد نظر جذب ميهايكند و آشكار ساز مرجع طول موجكند فيلتر ميجذب نمي

Page 23: Gas Sensors

22

شود از همانطور كه در اين شكل مشاهده مي. شودنوع هاي ديگر اين سنسور گاهي از يك آشكار ساز استفاده ميكند و به شود و طيف مادون قرمز به طور متناوب از اين دو عبور ميدو سلول يكي مرجع و ديگري فعال استفاده مي

-گيري ميي از آشكارساز در دو زمان متفاوت، غلظت اندازهرسد و با اندازه گيري سيگنال خروجساز مي آشكار

.شود

سنسور مادون قرمز با يك آشكار ساز10شكل

Page 24: Gas Sensors

23

سنسورهاي مادون قرمز مسير بلند. كنندسنسورهاي مادون قرمز مسير بلند مانند سنسورهاي مادون قرمز مسير كوتاه از دو طيف مادون قرمز استفاده مي

تفاوت اين . شودشود و طيفي كه توسط گاز مورد نظر جذب نميطول موجي كه توسط گاز مورد نظر جذب مينوع سنسور با سنسور مادون قرمز در مسافت

.دون قرمز استطي شده توسط امواج ما 100تا ( امواج مادون قرمز مسافت طوالني

كنند و در اين مسير از درون را طي مي) متركنند كه مي تواند به گاز مورد نظر عبور مي

طور يكنواخت پراكنده شده باشد يا به اين نوع .صورت ابري از گاز مورد نظر باشد

سنسور غلظت گاز مورد نظر را به صورت

LEL.meter استفاده از اين . يان مي كندبنوع سنسور براي كنترل سري از كمپرسورها

اين نوع سنسور بيشتر براي گازهاي قابل اشتعال به كار .و پمپ ها يا مكان هايي كه احتمال نشتي گاز زياد باشد است .رودمي

سنسورهاي فتوآكوستيكگاز مورد نظر با جذب . شودمورد نظر استفاده ميدر اين نوع سنسور نيز از قابليت جذب مادون قرمز توسط گاز

اين . كه ميزان اين پالس فشاري نمايانگر غلظت گاز مورد نظر است كندامواج مادون قرمز، پالس فشاري را ايجاد مياين نوع سنسور از حساسيت بااليي برخوردار است .دهدنشان مي ppbو LEL،ppmسنسور غلظت گاز را به صورت

خروجي اين سنسور به صورت خطي با غلظت گاز تغيير . غلظت گاز مورد نظر را با دقت خوبي بيان كند تواندو مي .كندمي

سنسور مادون قرمز مسير بلند 11شكل

Page 25: Gas Sensors

24

سنسور فتوآكوستيك 12شكل

.روندسنسورهاي مادون قرمز بيشتر براي شناسايي گازهاي زير به كار مي

اتان،پروپان، بوتان، پنتان، هگزان، هپتان و غيرههاي اشباع مانند متان،ها يا هيدروكربنآلكان .1

ها مانند سيكلوپروپان، سيكلوهگزان، متيل سيكلوهگزان و غيرهسيكلوآلكان .2

1/3استيلن جذب ... هاي غير اشباع مانند اتيلن، پروپيلن، بوتن، پنتن، هگزن و ها يا هيدروكربنآلكن .3 .شناسايي شودميكروني دارد كه نمي تواند توسط اين نوع سنسور

ها مانند سيكلوهگزن و پيننسيكلوآلكن .4

آروماتيك هاي مانند بنزن، تولوئن و زايلن .5

....الكل ها مانند متانول، اتانول، پروپانول و .6

ها مانند دي متيل آمين، تري متيل آمين، بوتان آمين، سيكلوپروپان آمين و پيريدينآمين .7

-4و1پروپيل اتر، وينيل اتر ، اتيلن اكسيد، تترا هيدروفوران، فوران و متيل اتر، اتيل اتر ، اترها مانند دي .8 ديوكسان

ها مانند استون، متيل اتيل كتون، پنتانون، متيل ايزوبوتيل كتون و هپتانون كتون .9

.ميكرون دارند 4/3ميكرون دارند و شناسايي ضعيفي در سيگنال 55/3آلدئيدها كه طول موج مركزي .10

Page 26: Gas Sensors

25

حرارتيسنسورهاي هدايت عبور گرما توسط گاز در اين نوع سنسور از قابليت . روداين سنسور براي گازهاي قابل احتراق و سمي به كار مي

دو سنسور يكي شناساگر و . شودي آن با گاز مرجع معموال هوا غلظت گاز اندازه گيري ميمورد نظر و مقايسهگيري قرار ور شناساگر در معرض گاز مورد اندازهسنس. گيرندديگري حذف كننده در يك پل واتسون قرار مي

با در معرض قرار گرفتن سنسور . شودگيرد و سنسورديگر در يك محفظه داراي هواي خالص محبوس ميميشود اين تغيير متناسب با غلظت گاز مورد نظر سبب خنك شدن شدن سنسور و تغيير مقاومت الكتريكي آن مي

آنكه تغيير غلظت به علت حضور گاز بوده نه تغيير دماي محيط به براي تاييد حذف كننده )مرجع(سنسور. استيكي از . صد حجمي را نشان دهد تا صد در ppmتواند غلظت هاي كم اين سنسور مي. شودكار گرفته مي

همچنين گازهايي . تواند منحصر به فرد عمل كندمشكالت اين نوع سنسور تداخل با گازهاي ديگر است و نميهمچنين گازهايي كه هدايت حرارتي . تواند شناسايي كندكه هدايت حرارتي نزديك به هوا دارند را نمي

گيري غلظت آن مشكل است همچنين خروجي سيگنال نيز هميشه خطي كمتري نسبت به هوا دارند اندازه .نيست

سنسور هدايت حرارتي 13شكل

Page 27: Gas Sensors

26

فتويونيزاسيونسنسورهاي نياز براي مانيتوركردن تانك هاي .سايي مواد آلي فعال كاربرد دارددر شنا) PID(شناساگرهاي فتويونيزاسيون

زيرزميني و جلوگيري از آب هاي زير زميني، سبب پيشرفت اين نوع سنسورها شد كه امروزه سنسورهاي .اعتماد هستند را به وجود آوردفتويونيزاسيون كوچك و قابل حمل كه هم كاربردي و هم قابل

اين . عنصر اصلي سنسور فتويونيزاسيون يك المپ ماوراي بنفش است كه سبب يونيزه كردن مولكول گاز مي شودطول موج ساطع شده از اين المپ به نوع گاز مورد استفاده در آن بستگي دارد . شودالمپ توسط گازي خنثي پر ميو μm 9/123طول موج ن المپ استفاده شود در هنگام برانگيخته شدن گاز امواجيمثال اگر از كريپتون در ساختما

μm 9/116 الكترون ولتي بسيار رايج است و 6/10المپ . كندالكترون ولت را توليد مي 6/10و 10با انرژي معادلطول و در اين المپ ساير گازهاي مورد استفاده . شوددر اكثر دستگاههاي فتويونيزاسيون از اين المپ استفاده مي

.موج تابشي از اين گاز در شكل زير آمده است

طول موج تابشي گازهاي مورد استفاده در المپ هاي فرابنفش 14 شكل

اين الكترودها توسط .قرار داردگيرد، در جايي كه منبع انتشار نور ي المپ قرار مييك زوج الكترود در نزديكي پنجرههاي گازي كه از درون اين ميدان مولكول. آورندجرياني از ولتاژ مستقيم تغذيه مي شوند و ميدان الكتريكي را به وجود مي

Page 28: Gas Sensors

27

آن شوند و ميزان شوند كه سبب عبور جريان ميشوند و الكترون ها برروي الكترودها جمع آوري مييونيزه ميكنند عبور مي .غلظت گاز مورد نظر متناسب استبا

هايي از گاز و المپ مورد نياز در زير آمده استمثال. براي هر نوع گازي بايد المپ مخصوص به آن به كار رود

مانند بنزن، تركيبات آروماتيك و آمينها شوندالكترون ولتي شناسايي مي 5/9گازهايي كه با المپ .1

شوند مانند آمونياك، اتانول و استونالكترون ولت شناسايي مي 6/10الكترون ولت و 5/9گازهايي كه بين .2

.شوند مانند استيلن، فرمالدئيد و متانولالكترون ولت شناسايي مي 7/11الكترون ولت و 6/10گازهايي كه بين .3

كاليبراسيونتوان آن را در فشارهاي باال شوند كه گازي پايدار است و ميبه طور معمول با ايزوبوتيلن كاليبره مي PIDتجهيزات

براي شناسيايي گازهايي با به طور معمول PIDتجهيزات . ذخيره نمود و بطري كاليبراسيون آن را براي چند دفعه به كار بردرود كه اين گازها اكثرا حاللهايي هستند كه به صورت مايع وجود دارند و يا گازهايي كه هاي كم به كار ميغلظت

بنابراين مناسب تر است تا اين دستگاهها، با ايزوبوتيلن كاليبره شوند و براي ساير گازهاي از . ها مشكل استكاليبراسيون آناستفاده شود، يعني اگر دستگاه غلظت ايزوبوتيلن را 5/0مثال براي بنزن بايد از ضريب تصحيح . ضريب تصحيح استفاده شود

ppm100 نشان داد غلظت واقعي بنزنppm50 ي دستگاههاي اين ضريب تصحيح براي همه. ودخواهد بPID يكسان نيست و .با توجه به نوع سازنده متفاوت است

PIDخروجي خروجي اين سنسور ppm 200در غلظت هاي صفر تا .در غلظت هاي متفاوت ايزوبوتيلين خروجي سنسور نيز متفاوت است

.كندصورت خطي تغير نميخطي است اما در غلظت هاي باالتر ديگر خروجي با غلظت به

ppm200از صفر تا PIDخروجي سنسور 15شكل

Page 29: Gas Sensors

28

ppm400 تا صفر از PID سنسور يخروج16شكل

ppm4000 تا صفر از PID سنسور يخروج 17شكل

Page 30: Gas Sensors

29

نتيجه گيريي سنسور پيش از سنسور مخصوص آن فرايند استفاده شود تا مشكلي در غلظت خوانده شده براي كاربردهاي متفاوت بايد

همچنين استفاده از سنسور مناسب در كاربرد هاي . نيايد و بتوان كنترل كاملي روي فرايند و يا محيط تحت نظارت داشتن مدت زمان پاسخگويي آن وابسته مصرف و همچنيقابل حمل و ثابت بسيار مهم است كه معموال به طول عمر سنسور و

به عنوان يك راهنمايي ساده از سنسور هاي الكتروشيمايي و حالت جامد براي شناسايي گازهاي سمي به كار گرفته مي . استشود و از سنسورهاي كاتاليستي، حالت جامد و مادون قرمز درشناسايي گازهاي قابل احتراق و از سنسورهاي فتويونيزاسيون

.شودات آلي فرار استفاده ميدر تركيب

Page 31: Gas Sensors

30

عجارم

1. “Gas detection handbook”, MSA The safety handbook.

2. Jack Chou, “Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation, and Applications”, McGraw-Hill Professional