Датчики газа: для дома, палатки, виды и описание — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

для дома, палатки, виды и описание

Датчики угарного газа – это вид автоматических анализаторов газовых примесей в воздушной среде защищаемых помещений, предназначен для обнаружения опасных концентраций оксида углерода – СО, образующегося в ходе процессов тления, горения.

Необходимость этого связана с тем, что СО – это газ без цвета, запаха, способен привести к резкому приступу сонливости, головной боли, потере сознания, смерти от гипоксии даже при небольшом содержании в воздухе – 0,8–1,2%.

Разновидности датчиков угарного газа

Виды

В зависимости от принципа и способа обнаружения угарного газа в воздушной среде, подразделяют три вида таких технических устройств – датчиков/сигнализаторов:

Полупроводниковые

Где детектирование СО основывается на изменении электрической проводимости воздушной среды, что приводит к разряду между контактами полупроводникового сенсора, замыканию цепи, подаче светозвукового сигнала об опасности.

Инфракрасные

Срабатывающие при резком изменении электромагнитного излучения, вызванного появлением примеси СО в воздухе.

В качестве датчиков в таких устройствах используются светодиоды, снабженные системой светофильтров для установки точно заданных значений концентрации загазованности.

Каталитические

Определяют появление СО в воздухе по увеличению значения электрического тока в цепи газоанализатора, в которую включена емкость с электролитом. Появление молекул угарного газа активизирует электролитическую химическую реакцию, что приводит к повышению силы электротока, срабатыванию датчика по заданному заводскому значению, подаче тревожного сигнала.

Первые два вида сигнализаторов угарного газа чаще всего выпускаются в варианте для стационарной установки в помещениях, требуют электропитания от сети 220 В, а срок службы исчисляется годами, без необходимости ремонта в условиях как нормальной эксплуатации, так и после тревожного срабатывания.

В отличие от полупроводниковых, инфракрасных автоматических извещателей обнаружения СО, каталитические сигнализаторы имеют значительный недостаток – это постепенный, неизбежный выход из строя электролитического компонента устройства.

Но, преимуществом каталитических датчиков СО служит небольшое энергопотребление, что позволяет выпускать такие устройства в автономном, переносном вариантах, комплектуя сменными электробатареями. Это способствует востребованности изделий в тех случаях, когда стационарных сетей электроснабжения нет поблизости.

Например, в походных условиях для защиты временных объектов геологических партий, охотников, рыбаков, а также для установки в кабинах, салонах различных видов автомобильного транспорта, характеризующихся не только пожарной опасностью бензина

, но и возможностью отравления СО от работы двигательных агрегатов.

Среди крупных отечественных и зарубежных компаний, выпускающих датчики/сигнализаторы обнаружения СО, можно выделить следующих производителей, чьи изделия на момент написания статьи популярны и востребованы:

Oxion. Автономный датчик Oxion SCO-007, срабатывающий при повышении концентрации СО свыше 0, 1%. Размеры изделия – 102 х 40 мм, вес 0, 2 кг. Уровень звукового сигнала – 85 дБ.
ALFA SD. Автономный датчик ALFA SD-06. Питание – 3 батарейки АА. Световая индикация работоспособности, LCD-дисплей.
Honeywell Analytics производит линейку бытовых сигнализаторов СО серии Х. Востребованной моделью является беспроводной детектор Honeywell XC70 с литиевой батареей 3 В. Габариты – 100 х 72 х 36 мм, вес – 0, 135 кг. Звуковой сигнал – 90 дБ. Функция самостоятельного тестирования – каждый час.

Bradex. Беспроводной датчик обнаружения СО модели 0369 в пластиковом корпусе из ударопрочного полистирола, на батарейках 1, 5 В – 3 шт. Размеры – 100 х 380 мм. Мощность звукового сигнала 85 дБ. Температурный диапазон эксплуатации – 5–40 ℃, при влажности до 85%.

Следует также отметить:

Комбинированный сигнализатор бытового, угарного газа MG-08S с сигнализацией светом, звуком; размерами 115 х 71 х 41 мм, весом 168 г, с питанием от сети 220 В, который можно эксплуатировать при температуре от – 10 до 55℃.
RGDCO0MP1 – мультипроцессорный стационарный прибор обнаружения СО. Порог срабатывания устройства: предварительное оповещение – при концентрации угарного газа 20 мг/м3, тревога – при 100 мг/м3. Габариты – 148 х 84 х 40 мм, вес – 0, 425 кг.

Детекторы появления в воздухе помещения угарного газа – это один из видов газоанализаторов, среди которых:

Датчики обнаружения летучих углеводородных соединений, характеризующих высокую пожарную опасность нефти, нефтепродуктов.
Сигнализаторы превышения ПДК в воздухе бытовой газовой смеси.
Газовые пожарные извещатели, имеющие датчик обнаружения СО в воздухе защищаемого объекта.

Следует отметить, что все другие виды устройств, сигнализирующих о пожаре – тепловые, дымовые датчики, в том числе аспирационные, проточные пожарные извещатели, никак не реагируют на СО.

Применение

Область применения сигнализаторов угарного газа обусловлена назначением таких устройств – быстрым, точным обнаружением факта выделения СО в воздушную среду защищаемого объекта; местами, где возможно образование опасных для людей концентраций этого химического соединения:

В помещениях котельных, возле котлов тепловых, технологических электростанций.
В жилых, дачных домах, где используются печи, камины, работающие на твердом топливе.
В домах, квартирах с автономным газовым отоплением, с кухонными газовыми плитами, колонками, бойлерами.
В частных гаражах, индивидуальных боксах; закрытых, в том числе подземных автостоянках, паркингах.
Во помещениях строительных объектов, отапливаемых печами типа «буржуек», «булерьянов», капельниц; газовыми отопительными приборами с открытым огнем.

Причиной образования опасных концентраций угарного газа на таких объектах может быть, как сам процесс тления, горения разных видов топлива, так и выход из строя, неправильное функционирование, нарушения требований эксплуатации печей, дымоходов, вентиляционных вытяжных систем; а также рано закрытые заслонки, не удаленные из топок не прогоревшие до золы дрова, уголь, торфяные брикеты.

Для дома

Для определения появления угарного газа в жилом доме, на территории частного домовладения лучше всего устанавливать не один сигнализатор СО на традиционном месте – в помещении кухни возле твердотопливной, газовой плиты, котла-подогревателя воды, но и для защиты других мест, где вполне возможно образование, скопление опасной для здоровья людей смеси с воздухом:

В помещении котельной.
В гараже, особенно если это встройка/пристройка к жилому дому.
У камина в гостиной.
В спальнях.
В бане, мастерской, при обогреве таких помещений агрегатами на твердом, газообразном топливе.

Кроме жилых, временных объектов для проживания, нахождения людей, важными местами для защиты являются кабины, пассажирские салоны автотранспортных средств, куда СО, всегда содержащийся в составе отработанных газов, неизбежно попадает при работе двигателя автомобиля, автобуса.

Расположение датчика угарного газа

В палатках

Сигнализатор своевременного обнаружения угарного газа в походных условиях давно перестал быть экзотическим атрибутом экипировки рыбаков, охотников, геологов. Причина этому необходимость контроля за эксплуатацией переносных печей, в том числе самодельного изготовления, топливом для которых служат дрова; портативных обогревательных приборов, работающих на жидком топливе, газе.

При использовании таких отопительных агрегатов, устройств, в стесненных условиях временных строений – палаток, возимых домов-вагончиков, высока вероятность повышения концентрации СО в воздухе до смертельно опасных значений, что подтверждает печальная статистика гибели людей от отравления угарным газом.

Для бани

Для обнаружения СО в помещении бани, отапливаемой дровяной печью датчик утечки угарного газа – это необходимое устройство, защищающее здоровье, а часто и жизнь тех, кто решил попариться.

Не следует в таком месте надеяться на авось, а стоит установить автоматическое сигнализирующее устройство, чтобы гарантированно отдохнуть в безопасных условиях.

Видео

Порядок установки

Чтобы правильно определить, где ставить автоматический детектор содержания СО в газовоздушной среде помещения, следует вспомнить о физических свойствах этого химического соединения. Прежде всего, о молярной массе, составляющей 28 г/моль, которая чуть меньше этого показателя у воздуха, имеющего усредненное значение 29 г/моль.

С учетом этого важного параметра большинство компаний производителей в сопроводительной технической информации, паспортах на изделия указывают, что устанавливать датчик угарного газа следует:

На высоте не меньше 1, 5 м от поверхности пола. Такое место установки выбрано также с учетом усредненной высоты органов дыхания человека, вошедшего, находящегося в защищаемом помещении.
Не больше 0, 3 м от потолка.
От печи, другого типа отопительного агрегата, кухонной плиты в пределах 1–4 м, в зависимости от размеров помещения; но не ближе 1 м, чтобы исключить тепловое повреждение корпусов сигнализаторов загазованности угарным газом, которые перекликается с требованиями к противопожарным отступкам, разделкам.
Следует обратить внимание, что предпочтительнее монтировать датчик СО при входе в помещение.

Процесс установки на стену, колонну газоанализатора СО несложен, так как вес большинства изделий не превышает 0, 5 кг, монтаж можно вести как навесом на шурупы, так и наклейкой на двусторонний скотч.

Но, есть и небольшие специфические моменты, на которые следует обратить внимание при установке датчиков СО:

Длина электрического шнура, как правило, не превышает 1, 5 м, при этом наращивать шнур, разбирать устройство для подключения другого кабеля не рекомендуется.
Степень защиты большинства устройств не выше IP 33, поэтому место установки следует выбирать таким образом, чтобы исключить попадание пара, брызг воды, жиров/масел, воздействие высокой температуры.
Не следует устанавливать сигнализаторы СО возле окон, вентиляционных решеток, кондиционеров, где концентрация угарного газа будет всегда ниже за счет разбавления чистым воздухом.

Установка газоанализаторов, в том числе датчиков СО, не является лицензируемым видом работ, поэтому монтаж могут вести сами владельцы помещений.

Привлекать специализированные организации, обладающие допуском СРО, лицензией МЧС, все же следует при установке сложных устройств – сигнализаторов СО с блоком управления клапанами вентиляционных систем, отключения подачи бытовой газовой смеси в защищаемое помещение; комбинированных пожарных извещателей, комплексно реагирующих на появление дыма, угарного газа.

Порядок проверки

Большинство сигнализаторов СО являются самостоятельно тестирующими устройствами, аналогично функциям проводных, автономных пожарных извещателей:

Подача звукового сообщения при разряде сменного элемента питания.
Выдача светозвукового сигнала при выявлении неисправности, обрыве цепи.

При невозможности самостоятельно установить причину неисправности следует обратиться в ремонтную, торговую организацию, где приобреталось это изделие.

Корпуса сигнализаторов СО следует регулярно очищать от пыли, проверять надежность штепсельных соединений электропитания. По желанию для проверки, квалифицированного технического обслуживания можно пригласить специалистов газовой службы, других специализированных предприятий, выполняющих такой вид услуг.

Требования норм

В действующей государственной нормативной базе конкретных требований к устройству, условиям производства, испытаний сигнализаторов СО не существует, поэтому отечественные компании при разработке технических условий часто пользуются зарубежными стандартами:

EN 50292-2013, являющимся руководством по выбору, монтажу, эксплуатации, техническому сервису электронных приборов для обнаружения СО в жилых помещениях, автофургонах, судах.
DS/DN 54-26-2015 – о точечных детекторах угарного газа в системах обнаружения пожара, сигнализации.

Среди российских документов следует отметить лишь письмо РАО «ЕЭС России» ИП-14-202 (тб) об установке датчиков контроля СО в помещениях котельных.

Детектор газа — Gas detector

Детектор газа

Детектор газа представляет собой устройство , которое обнаруживает присутствие газов в зоне, часто , как часть системы безопасности. Этот тип оборудования используется для обнаружения утечки газа или других выбросов и может взаимодействовать с системой управления, поэтому процесс может быть автоматически остановлен. Детектор газа может подавать сигнал тревоги операторам в зоне утечки, давая им возможность уйти. Этот тип устройства важен, потому что есть много газов, которые могут быть вредными для органической жизни, такой как люди или животные.

Детекторы газа могут использоваться для обнаружения горючих , легковоспламеняющихся и токсичных газов, а также недостатка кислорода . Этот тип устройства широко используется в промышленности и может быть обнаружен в различных местах, например, на нефтяных вышках, для мониторинга производственных процессов и новых технологий, таких как фотоэлектрические . Их можно использовать при тушении пожаров .

Обнаружение утечки газа является процесс идентификации потенциально опасных утечек газа с помощью датчиков . Кроме того, визуальная идентификация может быть выполнена с помощью тепловизионной камеры. Эти датчики обычно используют звуковой сигнал, чтобы предупредить людей об обнаружении опасного газа. Воздействие токсичных газов может также происходить при таких операциях, как окраска, фумигация, заправка топлива, строительство, выемка загрязненных почв, работы на свалках, проникновение в замкнутые пространства и т. Д. Общие датчики включают датчики горючих газов, фотоионизационные датчики, инфракрасные точечные датчики , ультразвуковые датчики. , электрохимические газовые сенсоры и металлооксидно-полупроводниковые сенсоры (МОП-сенсоры). Совсем недавно стали использоваться датчики инфракрасного изображения. Все эти датчики используются в широком спектре применений и могут быть найдены на промышленных предприятиях, нефтеперерабатывающих заводах, фармацевтическом производстве, фумигационных предприятиях, целлюлозно-бумажных комбинатах, самолетах и судостроительных предприятиях, при операциях с опасными веществами, очистных сооружениях, транспортных средствах, воздухе в помещениях. проверка качества и дома.

История

Методы обнаружения утечки газа стали проблемой после того, как было обнаружено влияние вредных газов на здоровье человека. До появления современных электронных датчиков методы раннего обнаружения полагались на менее точные детекторы. В течение 19 и начала 20 веков угольщики приносили канарейки в туннели вместе с ними в качестве системы раннего обнаружения опасных для жизни газов, таких как двуокись углерода , окись углерода и метан . Канарейка, обычно очень певчивая птица, перестала бы петь и в конце концов умерла бы, если бы ее не удалили из этих газов, давая сигнал шахтерам быстро покинуть шахту.

Первым детектором газа в индустриальную эпоху была лампа безопасности пламени (или лампа Дэви ), изобретенная сэром Хамфри Дэви (Англия) в 1815 году для обнаружения метана (рудничный газ) в подземных угольных шахтах. Лампа безопасности пламени состояла из масляного пламени, настроенного на определенную высоту на свежем воздухе. Для предотвращения возгорания ламп пламя удерживалось внутри стеклянной гильзы с сетчатым пламегасителем. Высота пламени варьировалась в зависимости от наличия метана (выше) или от недостатка кислорода (ниже). По сей день в некоторых частях мира все еще используются лампы безопасности.

Современная эра обнаружения газов началась в 1926–1927 годах с разработки доктором Оливером Джонсоном датчика каталитического сгорания (LEL). Д-р Джонсон был сотрудником Standard Oil Company в Калифорнии (ныне Chevron), он начал исследования и разработку метода обнаружения горючих смесей в воздухе, чтобы предотвратить взрывы в резервуарах для хранения топлива. Демонстрационная модель была разработана в 1926 году и обозначена как Модель A. Первый практический «индикатор электрического пара» начал производство в 1927 году с выпуском модели B.

Первая в мире компания по обнаружению газов Johnson-Williams Instruments (или JW Instruments) была основана в 1928 году в Пало-Альто, Калифорния, доктором Оливером Джонстоном и Филом Уильямсом. JW Instruments признана первой компанией-производителем электроники в Кремниевой долине. В течение следующих 40 лет компания JW Instruments стала пионером многих «первых» в современной эпохе обнаружения газов, включая уменьшение размеров и портативность приборов, разработку портативного детектора кислорода, а также первого комбинированного прибора, который мог обнаруживать как горючие газы / пары, так и а также кислород.

До разработки электронных домашних детекторов окиси углерода в 1980-х и 1990-х годах присутствие окиси углерода обнаруживалось с помощью химически пропитанной бумаги, которая становилась коричневой под воздействием газа. С тех пор было разработано множество электронных технологий и устройств для обнаружения, отслеживания и предупреждения утечки широкого спектра газов.

По мере того, как стоимость и характеристики электронных газовых датчиков улучшались, они были включены в более широкий спектр систем. Первоначально их использовали в автомобилях для контроля выбросов двигателя , но теперь датчики газа также могут использоваться для обеспечения комфорта и безопасности пассажиров. Датчики углекислого газа устанавливаются в зданиях как часть систем вентиляции с регулируемой потребностью . Сложные системы газовых датчиков исследуются для использования в системах медицинской диагностики, мониторинга и лечения, выходящие далеко за рамки их первоначального использования в операционных . Газовые мониторы и сигнализация для угарного газа и других вредных газов становятся все более доступными для офисного и домашнего использования и становятся юридически обязательными в некоторых юрисдикциях.

Первоначально детекторы производились для обнаружения одного газа. Современные устройства могут обнаруживать несколько токсичных или горючих газов или даже их комбинацию. Новые газоанализаторы могут разделять сигналы компонентов сложного аромата для одновременного определения нескольких газов.

Датчики металл-оксид-полупроводник (МОП-сенсоры) были представлены в 1990-х годах. Самый ранний известный МОП-датчик газа был продемонстрирован Г. Сбервелье, Г. Фалья, С. Гроппелли, П. Нелли и А. Каманци в 1990 году. С тех пор МОП-датчики стали важными детекторами газов в окружающей среде.

Типы

Детекторы газа можно классифицировать по механизму работы ( полупроводниковые , окислительные, каталитические, фотоионизационные, инфракрасные и т. Д.). Детекторы газа выпускаются в двух основных форм-факторах: портативные устройства и стационарные детекторы газа.

Переносные детекторы используются для мониторинга атмосферы вокруг персонала, их можно носить в руках, носить на одежде или на поясе / привязи. Эти газоанализаторы обычно работают от батарей. Они передают предупреждения с помощью звуковых и видимых сигналов, таких как сигналы тревоги и мигающие огни, при обнаружении опасных уровней паров газа.

Детекторы газа фиксированного типа могут использоваться для обнаружения одного или нескольких типов газов. Детекторы фиксированного типа обычно устанавливаются рядом с технологической зоной завода или диспетчерской, или в зоне, которая должна быть защищена, например, в жилой спальне. Как правило, промышленные датчики устанавливаются на конструкции из мягкой стали фиксированного типа, а кабель соединяет датчики с системой SCADA для непрерывного мониторинга. Блокировку отключения можно активировать в аварийной ситуации.

Электрохимический

Электрохимические газовые детекторы работают, позволяя газам диффундировать через пористую мембрану к электроду, где он химически окисляется или восстанавливается . Величина производимого тока определяется степенью окисления газа на электроде, что указывает на концентрацию газа. Производители могут настроить электрохимические детекторы газа, изменив пористый барьер, чтобы обеспечить обнаружение определенного диапазона концентрации газа. Кроме того, поскольку диффузионный барьер является физическим / механическим барьером, детектор имел тенденцию быть более стабильным и надежным в течение всего срока службы сенсора и, следовательно, требовал меньшего обслуживания, чем другие ранние технологии детекторов.

Однако датчики подвержены воздействию коррозионных элементов или химического загрязнения и могут прослужить всего 1-2 года, прежде чем потребуется замена. Электрохимические детекторы газа используются в самых разных средах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, газовые турбины, химические заводы, подземные хранилища газа и многое другое.

Каталитический шарик (пеллистор)

Датчики с каталитическими шариками обычно используются для измерения горючих газов, которые представляют опасность взрыва, когда их концентрации находятся между нижним пределом взрыва (LEL) и верхним пределом взрыва (UEL). Активные и эталонные шарики, содержащие катушки из платиновой проволоки, расположены на противоположных сторонах схемы моста Уитстона и электрически нагреваются до нескольких сотен градусов по Цельсию. Активный шарик содержит катализатор, который позволяет горючим соединениям окисляться, тем самым нагревая шарик еще больше и изменение его электрического сопротивления. Результирующая разница напряжений между активными и пассивными шариками пропорциональна концентрации всех присутствующих горючих газов и паров. Отобранный газ поступает в датчик через спеченную металлическую фритту, которая обеспечивает барьер для предотвращения взрыва, когда прибор переносится в атмосферу, содержащую горючие газы. Пеллисторы измеряют практически все горючие газы, но они более чувствительны к молекулам меньшего размера, которые быстрее диффундируют через агломерат. Диапазон измеряемых концентраций обычно составляет от нескольких сотен частей на миллион до нескольких объемных процентов. Такие датчики недороги и надежны, но для тестирования требуется как минимум несколько процентов кислорода в атмосфере, и они могут быть отравлены или ингибированы такими соединениями, как силиконы, минеральные кислоты, хлорированные органические соединения и соединения серы.

Фотоионизация

В фотоионизационных детекторах (ФИД) используется УФ-лампа с высокой энергией фотонов для ионизации химических веществ в отбираемом газе. Если соединение имеет энергию ионизации ниже, чем у фотонов лампы, электрон будет выброшен, и результирующий ток пропорционален концентрации соединения. Обычные энергии фотонов лампы включают 10,0 эВ, 10,6 эВ и 11,7 эВ; стандартная лампа на 10,6 эВ служит годами, тогда как лампа на 11,7 эВ обычно служит всего несколько месяцев и используется только тогда, когда нет других вариантов. Широкий спектр соединений может быть обнаружен на уровнях от нескольких частей на миллиард до нескольких тысяч частей на миллион. Обнаруживаемые классы соединений в порядке уменьшения чувствительности включают: ароматические соединения и алкилйодиды; олефины, соединения серы, амины, кетоны, простые эфиры, алкилбромиды и силикатные сложные эфиры; органические сложные эфиры, спирты, альдегиды и алканы; h3S, Nh4, Ph4 и органические кислоты. Нет реакции на стандартные компоненты воздуха или минеральные кислоты. Основными преимуществами ФИД являются их превосходная чувствительность и простота использования; Основное ограничение заключается в том, что измерения не зависят от соединения. Недавно были введены ФИД с трубками предварительной очистки, которые увеличивают специфичность для таких соединений, как бензол или бутадиен. Фиксированные, переносные и миниатюрные ФИД с зажимом для одежды широко используются для промышленной гигиены, защиты от вредных веществ и мониторинга окружающей среды.

Инфракрасная точка

Инфракрасные (ИК) точечные датчики используют излучение, проходящее через известный объем газа; энергия сенсорного луча поглощается на определенных длинах волн, в зависимости от свойств конкретного газа. Например, окись углерода поглощает волны длиной около 4,2-4,5 мкм. Энергия на этой длине волны сравнивается с длиной волны вне диапазона поглощения; разница в энергии между этими двумя длинами волн пропорциональна концентрации присутствующего газа.

Этот тип датчика выгоден тем, что его не нужно помещать в газ, чтобы обнаружить его, и он может использоваться для дистанционного зондирования . Инфракрасные точечные датчики могут использоваться для обнаружения углеводородов и других инфракрасных активных газов, таких как водяной пар и диоксид углерода . Инфракрасные датчики обычно используются на очистных сооружениях, нефтеперерабатывающих заводах, газовых турбинах, химических заводах и других объектах, где присутствуют горючие газы и существует возможность взрыва. Возможность дистанционного зондирования позволяет контролировать большие объемы пространства.

Выбросы двигателей — еще одна область, в которой исследуются ИК-датчики. Датчик обнаружит высокий уровень окиси углерода или других аномальных газов в выхлопных газах автомобиля и даже будет интегрирован с электронными системами автомобиля для уведомления водителей.

Инфракрасное изображение

Инфракрасные датчики изображения включают в себя активные и пассивные системы. Для активного зондирования датчики инфракрасного изображения обычно сканируют лазер через поле обзора сцены и ищут отраженный свет на длине волны линии поглощения определенного целевого газа. Пассивные инфракрасные датчики изображения измеряют спектральные изменения в каждом пикселе изображения и ищут определенные спектральные сигнатуры , указывающие на присутствие целевых газов. Типы соединений, которые могут быть отображены, такие же, как и те, которые могут быть обнаружены с помощью точечных инфракрасных детекторов, но изображения могут быть полезны при идентификации источника газа.

Полупроводник

Полупроводниковые датчики, также известные как датчики металл-оксид-полупроводник (MOS-датчики), обнаруживают газы с помощью химической реакции, которая происходит, когда газ входит в прямой контакт с датчиком. Диоксид олова — наиболее распространенный материал, используемый в полупроводниковых датчиках, и электрическое сопротивление в датчике уменьшается, когда он вступает в контакт с контролируемым газом. Сопротивление диоксида олова обычно составляет около 50 кОм на воздухе, но может упасть до около 3,5 кОм в присутствии 1% метана. Это изменение сопротивления используется для расчета концентрации газа. Полупроводниковые датчики обычно используются для обнаружения водорода, кислорода, паров спирта и вредных газов, таких как окись углерода. Одно из наиболее распространенных применений полупроводниковых датчиков — датчики угарного газа. Они также используются в алкотестерах . Поскольку датчик должен контактировать с газом, чтобы обнаружить его, полупроводниковые датчики работают на меньшем расстоянии, чем инфракрасные точечные или ультразвуковые датчики.

МОП-датчики могут обнаруживать различные газы, такие как окись углерода, диоксид серы , сероводород и аммиак . С 1990-х годов МОП-сенсоры стали важными детекторами газов в окружающей среде.

Ультразвуковой

Ультразвуковые детекторы утечки газа сами по себе не являются детекторами газа. Они обнаруживают акустическую эмиссию, возникающую при расширении сжатого газа в области низкого давления через небольшое отверстие (утечка). Они используют акустические датчики для обнаружения изменений фонового шума окружающей среды. Поскольку большинство утечек газа под высоким давлением генерируют звук в ультразвуковом диапазоне от 25 кГц до 10 МГц, датчики могут легко отличить эти частоты от фонового акустического шума, который возникает в слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Ультразвуковой детектор утечки газа затем подает сигнал тревоги при отклонении ультразвукового сигнала от нормального фонового шума. Ультразвуковые детекторы утечки газа не могут измерять концентрацию газа, но устройство способно определять скорость утечки выходящего газа, поскольку уровень ультразвукового звука зависит от давления газа и размера утечки.

Ультразвуковые детекторы газа в основном используются для дистанционного зондирования на открытом воздухе, где погодные условия могут легко рассеивать выходящий газ, прежде чем он достигнет детекторов утечки, которые требуют контакта с газом для его обнаружения и подачи сигнала тревоги. Эти детекторы обычно находятся на морских и береговых нефтегазовых платформах, газовых компрессорных и измерительных станциях, газотурбинных электростанциях и других объектах, на которых размещается множество наружных трубопроводов.

Голографический

Голографические датчики газа используют отражение света для обнаружения изменений в матрице полимерной пленки, содержащей голограмму. Поскольку голограммы отражают свет с определенными длинами волн, изменение их состава может вызвать красочное отражение, указывающее на присутствие молекулы газа. Однако голографические датчики требуют источников освещения, таких как белый свет или лазеры , а также наблюдателя или ПЗС- детектора.

Калибровка

Все газоанализаторы необходимо калибровать по графику. Из двух форм-факторов газоанализаторов портативные необходимо чаще калибровать из-за регулярных изменений окружающей среды. Типичный график калибровки для фиксированной системы может быть ежеквартальным, двухгодичным или даже ежегодно с более надежными устройствами. Типичный график калибровки портативного газоанализатора — это ежедневная «ударная проверка», сопровождаемая ежемесячной калибровкой. Почти для каждого портативного газоанализатора требуется специальный калибровочный газ, доступный у производителя. В США Управление по охране труда (OSHA) может устанавливать минимальные стандарты для периодической повторной калибровки.

Вызов (удар) тест

Поскольку детектор газа используется для обеспечения безопасности сотрудников / рабочих, очень важно убедиться, что он работает в соответствии со спецификациями производителя. В австралийских стандартах указано, что лицу, работающему с любым детектором газа, настоятельно рекомендуется ежедневно проверять его работоспособность и что он обслуживается и используется в соответствии с инструкциями и предупреждениями производителя.

Контрольный тест должен состоять из воздействия на газоанализатор газа известной концентрации, чтобы убедиться, что газовый детектор среагирует и что сработают звуковые и визуальные сигналы тревоги. Также важно осмотреть газоанализатор на предмет случайных или преднамеренных повреждений, убедившись, что корпус и винты не повреждены, чтобы предотвратить попадание жидкости, и что фильтр чистый, все это может повлиять на работу газового детектора. Базовый набор для калибровки или контрольного теста будет состоять из калибровочного газа / регулятора / калибровочной крышки и шланга (обычно поставляются с детектором газа) и чемодана для хранения и транспортировки. Поскольку 1 из каждых 2500 непроверенных приборов не реагирует на опасную концентрацию газа, многие крупные предприятия используют автоматизированные испытательные / калибровочные станции для ударных испытаний и ежедневно калибруют свои газоанализаторы.

Концентрация кислорода

Газоанализаторы дефицита кислорода используются для обеспечения безопасности сотрудников и персонала. Криогенные вещества, такие как жидкий азот (LN2), жидкий гелий (He) и жидкий аргон (Ar), инертны и могут вытеснять кислород (O ₂ ) в замкнутом пространстве при наличии утечки. Быстрое снижение уровня кислорода может создать очень опасную среду для сотрудников, которые могут не заметить эту проблему до того, как внезапно потеряют сознание. Имея это в виду, важно иметь газоанализатор кислорода при наличии криогенных средств. Лаборатории, кабинеты МРТ , поставщики фармацевтических, полупроводниковых и криогенных материалов являются типичными пользователями кислородных мониторов.

Доля кислорода в дыхательном газе измеряется электрогальваническими датчиками кислорода . Их можно использовать отдельно, например, для определения доли кислорода в смеси найтрокса, используемой при подводном плавании с аквалангом , или как часть контура обратной связи, который поддерживает постоянное парциальное давление кислорода в ребризере .

Аммиак

Газообразный аммиак постоянно контролируется в промышленных холодильных процессах и процессах биологического разложения, включая выдыхаемый воздух. В зависимости от требуемой чувствительности используются различные типы сенсоров (например, пламенно-ионизационный детектор , полупроводниковые, электрохимические, фотонные мембраны). Детекторы обычно работают около нижнего предела воздействия 25 частей на миллион; однако для обнаружения аммиака в целях промышленной безопасности требуется постоянный мониторинг при превышении предела смертельного исхода 0,1%.

Горючие

разное

Бытовая безопасность

Существует несколько различных датчиков, которые можно установить для обнаружения опасных газов в жилом помещении. Окись углерода — очень опасный, но бесцветный газ без запаха, затрудняющий его обнаружение людьми. Детекторы окиси углерода можно купить примерно за 20–60 долларов США. Многие местные юрисдикции в Соединенных Штатах теперь требуют установки детекторов окиси углерода в дополнение к детекторам дыма в жилых домах.

Переносные детекторы горючих газов можно использовать для отслеживания утечек из трубопроводов природного газа, баллонов с пропаном, баллонов с бутаном или любого другого горючего газа. Эти датчики можно приобрести за 35–100 долларов США.

Исследование

Европейское сообщество поддержало исследование под названием MINIGAS, которое координировалось Техническим исследовательским центром Финляндии VTT. Этот исследовательский проект направлен на разработку новых типов датчиков газа на основе фотоники и поддержку создания более мелких приборов с такой же или более высокой скоростью и чувствительностью, чем обычные газовые детекторы лабораторного класса.

Производители

Смотрите также

внешние ссылки

Детектор утечки газа за 200 рублей

В последнее время увеличилось количество аварий, связанных с утечкой газа. Правильное обнаружение и меры безопасности в собственном жилье, могут легко предотвратить такие инциденты.

В продаже имеется большое количество детекторов, но они не доступны для простых людей, из-за неоправданно высокой цены.

Автор данной самоделки сделал простую и дешевую систему обнаружения газа. Она сделана из простых и доступных деталей, чтобы каждый смог повторить эту самоделку для личного пользования.

Для простоты конструкции микроконтроллер не был использован. Так что самоделка не требует никакого программирования.

Повторяйте самоделку и обезопасьте себя и свое жильё !

Посмотрите демонстрационное видео этой самоделки:

Шаг 1: Необходимые компоненты и инструменты

Компоненты:

1. Датчик газа MQ2: Модуль датчика газа (MQ2) полезен для обнаружения утечки газа (в быту и в промышленности). Подходит для обнаружения h3, сжиженного газа (пропан-бутан), Ch5, CO, алкоголя, дыма или пропана. Благодаря высокой чувствительности и быстрому времени отклика, измерения могут быть выполнены в короткий срок. Чувствительность датчика можно регулировать потенциометром.

2. Настенный адаптер переменного тока 5 В, 500 мА. Для этой цели можно использовать схему зарядного устройства для смартфона Android.

3. Два 5 мм светодиода (один красный, один зеленый)

4. Один PNP-транзистор общего назначения (P2N2222A или 2N3906 или BC557)

5. Один пьезо-зуммер

6. Резистор 1X100R, 2X1K и 1X4.7K

Необходимые инструменты:

1. Паяльник, припой, канифоль

2. 3D-принтер

Шаг 2: Схема детектора газов

В данной принципиальной схеме использовано очень мало компонентов. Кроме того, все компоненты очень распространенные и стоят совсем немного, поэтому эту самоделку может повторить любой человек, даже далекий от электроники. Единственное, что потребуется, это базовый навык пайки. Умение программировать не требуется, так как микроконтроллер не используется.

В самоделке использован модуль датчика Grove MQ2, который может измерять или обнаруживать сжиженный газ, алкоголь, пропан, водород, CO и метан. Модуль имеет четыре контакта. Два контакта предназначены для подачи питания на модуль, номинальное напряжение которого составляет 5 В. Имеет два выходных контакта. Один дает аналоговый выход, а другой — цифровой выход. Они открываются, когда содержание газа в воздухе превышает определенный порог. Пороговый уровень можно регулировать, вращая головку чувствительности у потенциометра. Диапазон концентрации, который может обнаружить датчик, составляет от 100 до 10000 промилле.

Обычно в закрытом помещении среднего размера опасной концентрацией газов считается диапазон около 700-800 ppm (частей на миллион) газа. Датчик работает в этих границах.

Цифровой выходной контакт датчика становится низким, когда он обнаруживает любой упомянутый газ. Для нормальных условий выход штифта высокий. Для управления зуммером при обнаружении какого-либо газа, необходим транзистор PNP для переключения, поскольку выходной сигнал в таких условиях низок. Вывод эмиттера транзистора напрямую подключен к источнику 5 В. База подключена к выходному контакту через резистор 4,7 кОм. Зуммер подключен к контакту коллектора транзистора через резистор 100R. Этот резистор предназначен для защиты зуммера от перегрузки по току. Также подключен красный светодиод, параллельно к зуммеру, для световой индикации. Зеленый светодиод подключен к источнику питания в качестве индикатора питания.

Для питания схемы использована схема от зарядного устройства Android. Емкость 500 мА достаточно для этой цели.

Шаг 3: Пайка

Компоненты устройства спаяны на перфорированной плате для навесного монтажа. Датчик подключен к перемычкам. Был использован зуммер среднего размера, который может генерировать около 80 дБ. Этого звука достаточно даже при высоком уровне окружающего шума. Он будет непрерывно издавать звук, пока концентрация газа не достигнет допустимого предела.

Крышка цепи зарядного устройства была снята, и припаяна непосредственно к печатной плате. Два длинных провода подключены к входной стороне цепи зарядного устройства для подключения к розетке переменного тока.

Все резисторы имеют мощность одну четверную ватта, а значение резистора, подключенного к светодиодам, составляет 1K.

Шаг 4: 3D-печать

Корпус для уловителя газов был изготовлен при помощи 3D-печати.
Необходимые файлы STL для 3D-печати можно скачать по ссылкам ниже.

корпус

lid.rar [1.34 Mb] (скачиваний: 72)

корпус 2

lid2.rar [160.47 Kb] (скачиваний: 57)

Детектор газа

smoke_detector.rar [746.85 Kb] (скачиваний: 166)

Шаг 5: Сборка

Верхняя крышка детектора имеет два отверстие для расположения двух светодиодов. Красный светодиод для индикации тревоги, а зеленый светодиод для индикации питания. Каждый светодиод соединен с резистором ограничения тока, сопротивлением 1К. Для закрепления светодиодов на корпусе был использован горячий клей. Затем светодиоды были подключены к плате с помощью проводов длиной 10 см. Горячий клей также использован для крепления цепи зарядного устройства и датчика MQ2 к плате. Затем были вытащены два провода снаружи корпуса со стороны входа зарядного устройства, для того, чтобы его можно было подключить к внешнему источнику питания.

Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Типы и применение датчиков угарного газа
Датчик угарного газа — тип газоанализаторов, который предназначен для определения в воздухе опасной концентрации монооксида углерода CO. В отличие от углекислого газа (CO2) угарный газ способен привести к смерти от гипоксии даже в минимальной концентрации в воздухе — 1,2%.
Монооксид углерода бесцветен и не имеет запаха, поэтому до последнего не определяется органами чувств. Человек понимает, что отравлен угарным газом, только при появлении симптомов — резкому приступу сонливости, которая затем сменяется сильной головной болью. Повышение концентрации угарного газа в воздухе всего лишь до 0,32% приводит к потере сознания и смерти через полчаса, до 1,2% — к смерти через 3 минуты.
Назначение датчика
Газоанализатор, определяющий опасную концентрацию в воздухе оксида углерода, предназначен для установки во всех местах, где используется печное отопление, особенно твердотопливное, когда топят дровами, каменным углем, коксом, торфом.
Также он может применяться там, где используется газовое отопительное оборудование на метане или пропане.
Основное предназначение датчика с сигнализацией (извещателя) состоит в подаче светозвукового сигнала, обозначающего опасную концентрацию СО в воздухе. Некоторые модели способны при этом автоматически перекрывать подачу топлива.
Очень важно установить такой датчик в гараже, так как в составе выхлопа любой машины с современным двигателем содержится до 30% СО, моторы предыдущих поколений выдавали еще большую концентрацию.
Угарный газ крайне опасен при распылении в замкнутом пространстве жилого дома или подсобного помещения.
Если утечка происходит в ночное время, то люди, как правило, не успевают проснуться, чтобы принять меры. И даже бодрствующий человек не всегда успевает сообразить, что с ним происходит, прежде чем потеряет сознание.
Чтобы избежать этого, домашнюю противопожарную систему необходимо комплектовать газоанализатором, рассчитанным на выявление угарного газа. Датчики, предназначенные для обнаружения других газов (бытового, углекислого, метана, пропана) здесь не подходят, так как у этих веществ разные физические свойства. Дымовой извещатель также не может заменить газоанализатор. Справедливо и обратное правило — извещатель газа не определяет дым. К примеру, в выхлопе отработанных газов двигателя внутреннего сгорания дыма в чистом виде практически нет, если автомобиль исправен.
Принципы работы
Современные извещатели выявляют угарный газ, работая по одному из следующих принципов:
атомарной реакции в полупроводниках;
спектральным изменениям длины световой волны в инфракрасной части спектра;
путем каталитической реакции.
Каждый из видов датчиков имеет определенные плюсы и минусы. Рассмотрим каждый в отдельности.
Полупроводниковые
Их действие основано на изменении электрической проводимости воздуха, в составе которого появляются молекулы угарного газа. Полупроводниковый датчик состоит из контактов на основе диоксида олова или диоксида рутения, к которым подведен микроскопический ТЭН, осуществляющий нагрев контактов до 250 ℃.
Нагревающиеся контакты осуществляют подогрев и атмосферы вокруг. При этом молекулы монооксида углерода, если они есть в воздушной смеси, вызывают увеличение электрической проводимости воздуха вплоть до образования воздушного «пробоя» меж контактами датчика. Электрическая цепь замыкается, газоанализатор подает светозвуковой сигнал.
Этот тип датчика с сигнализацией считается одним из самых надежных и точных. Случаи ложного срабатывания за все время их использования можно пересчитать по пальцам, и то они происходили из-за некорректной установки прибора — вблизи сильного источника тепла. Полупроводниковые анализаторы характеризуются длительным сроком эксплуатации и низким потреблением электроэнергии, но сложнее в монтаже, чем другие виды датчиков угарного газа. Стоимость их так же в среднем выше.
Инфракрасные
Этот датчик работает по принципу изменения длины волны электромагнитного излучения в инфракрасной части спектра. Дело в том, что чистый воздух и содержащий в себе определенные примеси вызывают различное искажение длин световых волн оптического и приближенных к ним областей спектра.
Инфракрасный датчик содержит в себе источник света. В настоящее время активно используются светодиоды, раньше применялись вольфрамовые нити накаливания, как в лампочках Ильича.
Еще одной важной составляющей инфракрасного датчика угарного газа является система светофильтров, улавливающих малейшие отклонения от заданного значения.
Изменение в составе воздуха вызывает прямо пропорциональные изменения спектрального характера. Датчик подает сигнал, если уровень изменений превышает предельно допустимые значения.
Достоинство такого анализатора в том, что его можно запрограммировать на определение нескольких видов газов, в том числе хлора, аммиака и метана. Этот вид датчиков более других приближен к понятию универсальности. Заметим, что абсолютно универсальных газоанализаторов не бывает хотя бы потому, что одни газы тяжелее воздуха, другие — легче, а третьи обладают аналогичными с воздухом физическими параметрами. Поэтому различаются даже правила размещения разных датчиков.
Каталитический
Это химический тип прибора, работающий преимущественно на батарейках. Он определяет наличие примеси угарного газа в атмосферном воздухе по возникновению реакции окисления (катализа) на одном из контактов электролитической ванны.
Такое устройство содержит в себе небольшую емкость, заполненную электролитом кислотной или щелочной природы.
Молекулы угарного газа вызывают химическую реакцию, в результате которой на контактах появляется электрическое напряжение. Чем выше содержание СО, тем выше уровень напряжения. После превышения максимально допустимого значения, как и в предыдущем случае, прибор сигнализирует об опасной концентрации угарного газа в воздухе.
К недостатку таких приборов относится постепенный выход из строя электролитического элемента, избежать которого невозможно. Впрочем, некоторые модели позволяют осуществлять замену элемента, который является расходным материалом. Плюс прибора — элементарность монтажа и крайне малое энергопотребление.
Датчики с клапаном
Некоторые газоанализаторы комплектуются защитными клапанами, которые монтируются на источник газа и позволяют аварийно перекрыть его подачу при срабатывании прибора.
В основном датчики с клапаном используются для определения горючих газов — метана, пропана, бытового газа.
У угарного газа, как правило, нет специального газопровода (кому и зачем он нужен?). Тем не менее, датчик с клапаном рекомендован к установке, если вы живете в частном доме с печью, либо жилая часть здания соединена вентиляционным каналом с гаражом.
Прибор с клапаном способен перекрыть воздуховод или закрыть заслонку печи одновременно с подачей сигнала тревоги.
Существует два основных вида клапанов: нормально-открытый и нормально-закрытый. В быту рекомендуется использовать первый, так как в открытом состоянии он не использует электроэнергию, но и не сработает при обесточивании. Зато нормально-закрытый клапан автоматически перекроет приток в дом потенциально опасного газа, даже если электричество вдруг пропадет.
Правила монтажа и обслуживание
Угарный газ обладает примерно той же массой, что и воздух, поэтому анализатор нужно устанавливать на высоте от полутора метров от пола, но не ближе 30 см до потолка.
Датчик размещается на расстоянии от 1 до 4 метров от источника угарного газа, но не ближе метра, особенно если это печь.
Нельзя допускать воздействия на датчик повышенной температуры. Нельзя допускать его загрязнение, в том числе жиром, копотью, сажей. Нельзя располагать его в зоне сквозняков — около окна, неизолированного дымохода, вентиляционных шахт. Недопустимо наличие в помещении с датчиком других источников газовых выделений или испарений — химически активных веществ, спиртов, растворителей, нефтехимикатов, лаков, красок.
Монтаж датчиков с клапанами собственноручно, без привлечения профессионалов, недопустим.
Обслуживание датчика угарного газа с сигнализацией заключается в основном в вытирании с него пыли, особенно в технологических отверстиях. Раз в год необходимо приглашать специалистов газовой службы для поверки прибора. Услуга это платная, но отказываться от нее не стоит, так как самостоятельно проверить его действие невозможно. Несанкционированная и неквалифицированная «проверка» может привести попросту к выходу прибора из строя.
Загрузка…
Газовый датчик • ru.knowledgr.com
Газовый датчик — устройство, которое обнаруживает присутствие газов в области, часто как часть системы безопасности. Этот тип оборудования используется, чтобы обнаружить утечку газа и взаимодействие с системой управления, таким образом, процесс может быть автоматически закрыт. Газовый датчик может поднять тревогу операторам в области, где утечка происходит, давая им возможность уехать. Этот тип устройства важен, потому что есть много газов, которые могут быть вредными для органической жизни, такими как люди или животные.
Газовые датчики могут использоваться, чтобы обнаружить горючие, легковоспламеняющиеся и токсичные газы и кислородное истощение. Этот тип устройства используется широко в промышленности и может быть найден в местоположениях, такой как на нефтяных платформах, чтобы контролировать процессы изготовления и появляющиеся технологии такой как фотогальванические. Они могут использоваться в пожаротушении.
Обнаружение утечки газа — процесс идентификации потенциально опасных утечек газа датчиками. Эти датчики обычно используют акустический аварийный сигнал, чтобы привести в готовность людей, когда опасный газ был обнаружен. Общие датчики включают инфракрасные датчики пункта, сверхзвуковые датчики, электрохимические газовые датчики и датчики полупроводника. Позже, инфракрасные датчики отображения вошли в употребление. Все эти датчики используются для широкого диапазона заявлений и могут быть найдены в промышленных предприятиях, очистительных заводах, средствах для обработки сточных вод, транспортных средствах и домах.
История
Методы обнаружения утечки газа стали беспокойством после того, как эффекты вредных газов на здоровье человека были обнаружены. Перед современными электронными датчиками ранние методы обнаружения полагались на менее точные датчики. В течение 19-х и ранних 20-х веков шахтеры победили бы канареек к тоннелям с ними как ранняя система обнаружения против опасных для жизни газов, таких как углекислый газ, угарный газ и метан. Канарейка, обычно очень мелодичная птица, прекратила бы петь и в конечном счете умерла бы если не удаленный из этих газов, сигнализируя шахтерам выйти из шахты быстро.
Перед разработкой электронных домашних датчиков угарного газа в 1980-х и 1990-х, присутствие угарного газа было обнаружено с химически вселенной бумагой, которая стала коричневой, когда выставлено газу. С тех пор много электронных технологий и устройств были развиты, чтобы обнаружить, контролировать, и привести в готовность утечку огромного количества газов.
Поскольку стоимость и работа электронных газовых датчиков улучшились, они были включены в более широкий диапазон систем. Их использование в автомобилях было первоначально для контроля за эмиссией двигателя, но теперь газовые датчики могут также использоваться, чтобы застраховать пассажирский комфорт и безопасность. Датчики углекислого газа устанавливаются в здания как часть управляемых требованием систем вентиляции. Сложные газовые системы датчика исследуются для использования в диагностическом медицинском, контроль и системы очистки, хорошо вне их начального использования в операционных. Газовые мониторы и тревоги для угарного газа и других вредных газов все более и более доступны для офиса и внутреннего использования, и становятся по закону требуемыми в некоторой юрисдикции.
Первоначально, датчики были произведены, чтобы обнаружить единственный газ. Современные единицы могут обнаружить несколько токсичных или горючих газов, или даже комбинацию. Более новые газовые анализаторы могут разбить составляющие сигналы от сложного аромата, чтобы определить несколько газов одновременно.
Типы
Газовые датчики могут быть классифицированы согласно операционному механизму (полупроводники, окисление, каталитическое, инфракрасное, и т.д.). Газовые датчики прибывают упакованные в два главных форм-фактора: портативные устройства и починенные газовые датчики.
Портативные датчики используют, чтобы контролировать атмосферу вокруг персонала и носят при одежде или на поясе/ремне безопасности. Эти газовые датчики обычно с батарейным питанием. Они передают предупреждения через слышимые и видимые сигналы, такие как тревоги и сигнальные огни, когда опасные уровни газовых паров обнаружены.
Фиксированные датчики газа типа могут использоваться для обнаружения одного или более газовых типов. Фиксированные датчики типа обычно устанавливаются около области процесса завода или диспетчерской или области, которая будет защищена, такие как жилая спальня. Обычно промышленные датчики установлены на фиксированных структурах мягкой стали типа, и кабель соединяет датчики с системой SCADA для непрерывного контроля. Легкая походка сцепляется, может быть активирован для чрезвычайной ситуации.
Электрохимический
Электрохимическая газовая работа датчиков, позволяя газам распространиться через пористую мембрану к электроду, где это или химически окислено или уменьшено. Сумма произведенного тока определена тем, сколько из газа окислено в электроде, указав на концентрацию газа. Изготовления могут настроить электрохимические газовые датчики, изменив пористый барьер, чтобы допускать обнаружение определенного газового диапазона концентрации. Кроме того, так как барьер распространения — физический/механический барьер, датчик имел тенденцию быть более стабильным и надежным по продолжительности датчика и таким образом потребовал меньшего количества обслуживания, чем другие ранние технологии датчика.
Однако датчики подвергаются коррозийным элементам или химическому загрязнению и могут прослужить только за 1-2 года до того, как замена требуется. Электрохимические газовые датчики используются в большом разнообразии окружающей среды, такой как очистительные заводы, газовые турбины, химические заводы, подземные газовые склады, и больше.
Инфракрасный пункт
Инфракрасный (IR) датчики пункта используют радиацию, проходящую через известный объем газа; энергия от луча датчика поглощена в определенных длинах волны, в зависимости от свойств определенного газа. Например, угарный газ поглощает длины волны приблизительно 4.2-4.5 μm. (Эта длина волны — приблизительно фактор 10 больших, чем тот из видимого света, который колеблется от 0,39 μm до 0,75 μm для большинства людей.) Энергия в этой длине волны по сравнению с длиной волны за пределами поглотительного диапазона; различие в энергии между этими двумя длинами волны пропорционально концентрации существующего газа.
Этот тип датчика выгоден, потому что это не должно быть помещено в газ, чтобы обнаружить его и может использоваться для дистанционного зондирования. Инфракрасные датчики пункта могут использоваться, чтобы обнаружить углеводороды и другие инфракрасные активные газы, такие как водный пар и углекислый газ. Датчики IR обычно находятся в средствах для обработки сточных вод, очистительных заводах, газовых турбинах, химических заводах и других средствах, где легковоспламеняющиеся газы присутствуют, и возможность взрыва существует. Способность дистанционного зондирования позволяет большим объемам пространства быть проверенными.
Эмиссия двигателя — другая область, где датчики IR исследуются. Датчик обнаружил бы высокие уровни угарного газа или других неправильных газов в выхлопе транспортного средства и даже был бы объединен с электронными системами транспортного средства, чтобы уведомить водителей.
Инфракрасное отображение
Инфракрасные датчики отображения включают активные и пассивные системы. Для активного ощущения датчики отображения IR, как правило, просматривают лазер через поле зрения сцены и ищут backscattered свет в поглотительной длине волны линии определенного целевого газа. Пассивные датчики отображения IR измеряют спектральные изменения в каждом пикселе по изображению и ищут определенные спектральные подписи, которые указывают на присутствие целевых газов. Типы составов, которые могут быть изображены, совпадают с теми, которые могут быть обнаружены с инфракрасными датчиками пункта, но изображения могут быть полезными в идентификации источника газа.
Полупроводник
Датчики полупроводника обнаруживают газы химической реакцией, которая имеет место, когда газ прибывает в прямой контакт с датчиком. Оловянный диоксид — наиболее распространенный материал, используемый в датчиках полупроводника, и электрическое сопротивление в датчике уменьшено, когда это вступает в контакт с проверенным газом. Сопротивление оловянного диоксида, как правило — приблизительно 50 kΩ в воздухе, но может спасть приблизительно до 3,5 kΩ в присутствии 1%-го метана. Это изменение в сопротивлении используется, чтобы вычислить газовую концентрацию. Датчики полупроводника обычно используются, чтобы обнаружить водород, кислород, пар алкоголя и вредные газы, такие как угарный газ. Один из наиболее популярных способов использования датчиков полупроводника находится в датчиках угарного газа. Они также используются в алкогольно-респираторных трубках. Поскольку датчик должен вступить в контакт с газом, чтобы обнаружить его, работа датчиков полупроводника по меньшему расстоянию, чем инфракрасный пункт или сверхзвуковые датчики.
Сверхзвуковой
Сверхзвуковые газовые датчики используют акустические датчики, чтобы обнаружить изменения на заднем плане шум его среды. Так как большинство утечек газа с высоким давлением производит звук в сверхзвуковом диапазоне от 25 кГц до 10 МГц, датчики в состоянии легко отличить эти частоты от второстепенного акустического шума, который происходит в слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Сверхзвуковой датчик утечки газа тогда производит тревогу, когда есть сверхзвуковое отклонение от нормального состояния фонового шума. Сверхзвуковые датчики утечки газа не могут измерить газовую концентрацию, но устройство в состоянии определить темп утечки убегающего газа, потому что сверхзвуковой уровень звука зависит от давления газа и размера утечки.
Сверхзвуковые газовые датчики, главным образом, используются для дистанционного зондирования в наружной окружающей среде, где погодные условия могут легко рассеять убегающий газ прежде, чем позволить ему достигать датчиков утечки, которые требуют, чтобы контакт с газом обнаружил его и поднял тревогу. Эти датчики обычно считаются на морской и континентальной нефти / газовыми платформами, компрессором и станциями измерения, электростанциями газовой турбины и другими средствами что дом много наружного трубопровода.
Голографический
Голографические газовые датчики используют легкое отражение, чтобы обнаружить изменения в матрице фильма полимера, содержащей голограмму. Так как голограммы отражают свет в определенных длинах волны, изменение в их составе может произвести красочное отражение, указывающее на присутствие газовой молекулы. Однако голографические датчики требуют источников освещения, таких как белый свет или лазеры, и наблюдатель или датчик CCD.
Калибровка
Все газовые датчики должны быть калиброваны по графику. Из двух форм-факторов газовых датчиков портативные компьютеры должны калиброваться более часто из-за регулярных изменений в окружающей среде, которую они испытывают. Типичный график калибровки для фиксированной системы может быть ежеквартально, два раза в год или даже ежегодно с большим количеством прочных единиц. Типичный график калибровки для портативного газового датчика — ежедневный «тест удара», сопровождаемый ежемесячной калибровкой. Почти каждый портативный газовый датчик требует определенного газа калибровки, который доступен от изготовителя. В США управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) может установить минимальные нормы для периодической перекалибровки.
Проблема (удар) тест
Поскольку газовый датчик используется для безопасности сотрудника/рабочего, очень важно удостовериться, что это работает к техническим требованиям изготовителя. Австралийские стандарты определяют, что человеку, управляющему любым газовым датчиком, сильно советуют проверять работу газового датчика каждый день и что это сохраняется и используется в соответствии с инструкциями изготовителей и предупреждениями.
Тест на проблему должен состоять из демонстрации газового датчика к известной концентрации газа, чтобы гарантировать, что газовый датчик ответит и что слышимые и визуальные тревоги активируют. Это также важно, осматривают газовый датчик для любого случайного или преднамеренного повреждения, проверяя, что жилье и винты неповреждены, чтобы предотвратить любой жидкий вход и что фильтр чистый, все из которых могут затронуть функциональность газового датчика. Основная калибровка или комплект теста на проблему будут состоять из кепки газа/регулятора/калибровки калибровки и шланга (обычно поставляемый газовым датчиком) и случай для хранения и транспорта. Поскольку 1 в каждых 2 500 непроверенных инструментах не ответит на опасную концентрацию газа, много крупных компаний используют автоматизированную станцию теста/калибровки для тестов удара и ежедневно калибруют их газовые датчики.
Концентрация кислорода
Кислородные мониторы газа дефицита используются для безопасности трудовых ресурсов и сотрудника. Криогенные вещества, такие как жидкий азот (LN2), жидкий гелий (Он) и жидкий аргон (Площадь) инертны и могут переместить кислород (O) в ограниченном пространстве, если утечка присутствует. Быстрое уменьшение кислорода может предоставить очень опасную окружающую среду сотрудникам, которые могут не заметить эту проблему, прежде чем они внезапно потеряют сознание. С этим в памяти, кислородный монитор газа важен, чтобы иметь, когда криогеника присутствует. Лаборатории, комнаты MRI, фармацевтическая продукция, полупроводник и криогенные поставщики — типичные пользователи кислородных мониторов.
Кислородная фракция в газе дыхания измерена электро-гальваническими датчиками топливного элемента. Они могут использоваться автономные, например чтобы определить пропорцию кислорода в nitrox смеси, используемой в подводном плавании, или как часть обратной связи, которая поддерживает постоянное парциальное давление кислорода в ребризере.
Углеводороды и VOCs
Обнаружение углеводородов может быть основано на смесительных свойствах газообразных углеводородов – или другие изменчивые органические соединения (VOCs) – и материала ощущения, включенного в датчик. Селективность и чувствительность зависят от молекулярной структуры VOC и концентрации; однако, трудно проектировать отборный датчик для единственного VOC. Много датчиков VOC обнаруживают использование метода топливного элемента.
VOCs в окружающей среде или определенных атмосферах может быть обнаружен основанный на различных принципах и взаимодействиях между органическими соединениями и компонентами датчика. Есть электронные устройства, которые могут обнаружить ppm концентрации несмотря на то, чтобы не быть особенно отборным. Другие могут предсказать с разумной точностью молекулярную структуру изменчивых органических соединений в окружающей среде или приложенных атмосферах и могли использоваться в качестве точных мониторов химического отпечатка пальца и далее как медицинские контрольные устройства.
Микроизвлечение твердой фазы (SPME) методы используется, чтобы собрать VOCs при низких концентрациях для анализа.
Методы масс-спектрометрии с прямым впрыском топлива часто используются для быстрого обнаружения и точного определения количества VOCs. PTR-MS среди методов, которые использовались наиболее экстенсивно для анализа онлайн биогенного и антропогенного VOCs. Недавние инструменты PTR-MS, основанные на масс-спектрометрии времени полета, как сообщали, достигли пределов обнаружения 20 pptv после 100 мс и 750 ppqv после 1 минимального измерения (интеграция сигнала) время. Массовое разрешение этих устройств между 7000 и 10,500 m/Δm, таким образом возможно отделить наиболее распространенный изобарический VOCs и определить количество их независимо.
Соображения для обнаружения контроля за газами/риском углеводорода
Метан легче воздуха (возможность накопления под крышами)
Этан немного более тяжел, чем воздух (возможность объединения на измельченных уровнях/ямах)
Пропан более тяжел, чем воздух (возможность объединения на измельченных уровнях/ямах)
Бутан более тяжел, чем воздух (возможность объединения на измельченных уровнях/ямах)
Аммиак
Газообразный аммиак непрерывно проверяется в промышленных процессах охлаждения и биологических процессах деградации, включая выдохнутое дыхание. В зависимости от необходимой чувствительности различные типы датчиков используются (например, датчик ионизации пламени, полупроводник, электрохимические, фотонные мембраны). Датчики обычно работают около Более низкого Предела Воздействия 25 частей на миллион; однако, обнаружение аммиака для промышленной безопасности требует непрерывного контроля выше фатального предела воздействия 0,1%.
Горючий
Каталитический датчик бусинки
Инфракрасный датчик пункта
Инфракрасный открытый датчик пути
Другой
Датчик ионизации пламени
Недисперсионный инфракрасный датчик
Датчик фотоионизации
Металлический окисный полупроводник
Золотой фильм
Колориметрические трубы датчика
Типовая коллекция и химический анализ
Пьезоэлектрическая микроконсоль
Голографический датчик
Датчик теплопроводности
Электрохимический газовый датчик
Домашняя безопасность
Есть несколько различных датчиков, которые могут быть установлены, чтобы обнаружить опасные газы в месте жительства. Угарный газ — очень опасный, но бесцветный газ без запаха, мешающий людям обнаружить. Датчики угарного газа могут быть куплены приблизительно за 20 долларов США — 60. Много местной юрисдикции в Соединенных Штатах теперь требуют установки датчиков угарного газа в дополнение к детекторам дыма в местах жительства.
Переносные огнеопасные газовые датчики могут использоваться, чтобы проследить утечки от линий природного газа, баков пропана, баков бутана или любого другого горючего газа. Эти датчики могут быть куплены за 35 долларов США — 100.
Промышленное применение
Исследование
Европейское сообщество поддержало исследование, названное проектом MINIGAS, который был скоординирован Центром Технического исследования VTT Финляндии. Эта научно-исследовательская работа стремится развивать новые типы находящихся в photonics газовых датчиков и поддерживать создание меньших инструментов с равной или более высокой скоростью и чувствительностью, чем обычные датчики газа лабораторного сорта.
Изготовители
Общие мониторы
Инструменты обнаружения Crowcon
Аналитика Honeywell
Industrial Scientific Corporation
Приборы безопасности горных работ
См. также
Водородный датчик
Список датчиков
Detcon. Электрохимическая технология. Восстановленный 27 февраля 2010, от http://www
.detcon.com/electrochemical01.htm
Breuer, W, Беккер, W, Deprez, J, Drope, E, Schmauch, H. (1979) Доступные 4141800 Соединенных Штатов: Электрохимический газовый датчик и метод использования того же самого. Восстановленный 27 февраля 2010, от http://www .freepatentsonline.com/4141800.html
Muda, R. (2009). Моделирование и измерение выбросов отработавших газов углекислого газа, используя оптическое волокно базировали середину инфракрасного датчика пункта. Журнал Оптики A: Чистая и Прикладная Оптика, 11 (1)
Международное общество Автоматизации. (2003). Укажите инфракрасное газовое руководство по проектированию датчика. Восстановленный 28 февраля 2010, от http://www
.isa.org/Template.cfm?Section=Communities&template=/TaggedPage/DetailDisplay.cfm&ContentID=23377
Датчик Фигаро. (2003). Общая информация для датчиков TGS. Восстановленный 28 февраля 2010, от http://www .figarosensor.com/products/general.pdf
Vitz, E. (1995). Датчики Газа полупроводника как датчики GC и ‘Алкогольно-респираторные трубки’. Журнал Химического Образования, 72 (920)
Общие мониторы. (n.d).. Инфракрасный датчик пункта для обнаружения газа углеводорода. Восстановленный 25 февраля 2010, от http://www
.generalmonitors.com/downloads/literature/combustible/IR2100_DATA.PDF
Наранхо, E. (2007). Сверхзвуковые датчики утечки газа. Восстановленный 27 февраля 2010, от http://www
.gmigasandflame.com/article_october2007.html
Датчики газа для Интернета вещей
Датчики газа для Интернета вещей
Плохое качество воздуха — одна из величайших угроз здоровью и благополучию во всем мире. Потребители, правительство и бизнес — все нуждаются в датчиках и оборудовании, которые обеспечивают надежные измерения загрязняющих веществ и других вредных газов в окружающей среде как внутри, так и снаружи. SPEC Sensors предлагает высокопроизводительные и недорогие датчики для различных внутренних и внешних загрязнителей в форм-факторе, который может обеспечить интеграцию в любую платформу, стационарную или носимую.Посмотрите наши датчики для CO, NO2, O3, SO2, респираторных раздражителей и качества воздуха в помещении.
Датчики
SPEC уникально подходят для анализа дыхания благодаря их быстрому отклику и высокой чувствительности. Датчики SPEC также малы, дешевы и требуют небольшого количества энергии для работы, что делает их идеальными для портативных персональных устройств для мониторинга дыхания.
Электрохимические датчики
SPEC Sensors хорошо подходят для носимых устройств из-за их низкого энергопотребления, высокой точности и малых размеров.Поскольку новаторы продолжают находить все больше применений для носимых устройств, SPEC Sensors предлагает датчики газа в ранее неизвестной технологии. Датчики SPEC контролируют газы для различных применений, от портативных мониторов качества воздуха до промышленных устройств для обеспечения безопасности и гигиены труда.
Растущая потребность в более безопасных условиях жизни и труда приводит к появлению новых технологий экологической безопасности. Датчики SPEC позволяют проводить специальные измерения ряда газов, которые являются ключевыми для бытовой и промышленной безопасности, включая CO.Наши датчики с длительным сроком службы и невысокой стоимостью позволяют повсеместно развертывать их, работать от батарей и даже интегрировать в оборудование и инфраструктуру.
Инфракрасные газовые датчики | ООО «Дайнамент»
МЕЖДУНАРОДНЫЙ: +44 1623 663636 | ПРОДАЖА: [email protected] | ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА: support @ dynament.com
Поиск
Главная
Продукты
Датчики газа
Корпуса датчиков
Комплект разработчика
Монтажная плата OEM
Блок конфигурации
Типы газа
Двуокись углерода
НС + СО2
Метан
Закись азота
Пропан
Данные
Платиновая серия
Стандартная серия
Корпуса датчиков
Рекомендации по применению
Документация SIL
Около
Сертификат
Конфликтные минералы
Дистрибьюторы
Патенты
Заявление о конфиденциальности
Соответствие REACH
Соответствие RoHS
Модуль электрохимического датчика газа ZE12 для мониторинга атмосферы — Winsen
Принцип Введение:
ZE12 — это универсальный высокоэффективный электрохимический модуль.Он может обнаруживать CO 、 SO2 、 NO2 、 O3 на основе электрохимического принципа, он обладает хорошей селективностью и стабильностью. Для температурной компенсации встроен датчик температуры. Он имеет одновременно цифровой выход и аналоговый выход напряжения, что упрощает использование и калибровку и сокращает период разработки. Это сочетание зрелого принципа электрохимического обнаружения и сложной конструкции схемы для удовлетворения различных потребностей клиентов в обнаружении. ZE10 — это универсальный высокоэффективный электрохимический модуль.Он может обнаруживать CO 、 SO2 、 NO2 、 O3 на основе электрохимического принципа, он обладает хорошей селективностью и стабильностью. Для температурной компенсации встроен датчик температуры. Он имеет одновременно цифровой выход и аналоговый выход напряжения, что упрощает использование и калибровку и сокращает период разработки. Это сочетание зрелого принципа электрохимического обнаружения и сложной конструкции схемы для удовлетворения различных потребностей клиентов в обнаружении.
Приложения:
Мониторинг атмосферной среды города, мониторинг окружающей среды предприятия,
Мониторинг неорганизованных выбросов производственной территории, аварийный мониторинг, окружающая среда
мониторинг оценки, портативный детектор газа, различное оборудование для обнаружения газа и
умный дом, мониторинг окружающей среды, мониторинг окружающей среды предприятия,
Мониторинг неорганизованных выбросов производственной территории, аварийный мониторинг, окружающая среда
мониторинг оценки, портативный детектор газа, различное оборудование для обнаружения газа и
умная бытовая техника.
Технические параметры:
Советы: Для получения дополнительной информации о параметрах, пожалуйста, обратитесь к последней версии руководства, предоставленной продавцом.
Арт. №
ZE12
Целевой газ
CO, h3S, NO2, SO2, O3
Время предварительного нагрева
≤5 мин.
Время отклика
≤30 сек
Время возобновления
≤30 сек
Разрешение
≤10ppb
Рабочее напряжение
DC 5.0 В ± 0,1 В
Выходные данные
ЦАП (0,4 ～ 2 В)
стандартный сигнал напряжения
Выход UART (уровень 3 В, совместим с 5 В)
Выход ШИМ
Размер
Φ39 × 44 мм
Масса
75 г
Операционная среда
Темп.: -20 ～ 50 ℃
Влажность: 15% -90%
(без конденсации)
Среда хранения
Температура: -20 ～ 50 ℃
Срок службы
2 года (в воздухе)
Ссылочная цепь:
Полевые транзисторы для измерения газов
1.Введение
Важность и потребность в обнаружении газов, паров и летучих органических соединений (ЛОС) возрастает в таких областях, как диагностика [1–4], мониторинг окружающей среды для промышленной, сельскохозяйственной, бытовой безопасности и т. Д. [4, 5]. Были исследованы и разработаны различные типы газовых сенсоров и сенсорных матриц [6–8], в том числе сенсоры на основе полевых транзисторов (FET). После отчета о новаторской работе над полевыми транзисторами с каталитическим затвором исследования газовых датчиков на основе полевых транзисторов были распространены на различные типы газочувствительных полевых транзисторов.В этой главе представлены полевые транзисторы с каталитическим затвором, полевые транзисторы с подвесным затвором (SGFET) и полевые транзисторы на основе твердого электролита. Газочувствительные полевые транзисторы на основе наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (CNT), нанопроволоки (NW), графен и халькогениды переходных металлов, также были исследованы, поскольку высокое отношение поверхности к объему наноматериалов является привлекательным для улучшения свойств сенсора [5, 9]. Также рассматриваются полевые транзисторы на основе наноматериалов.
Для распознавания газообразных и летучих аналитов по результатам зондирования использовались два основных метода [3].Традиционный метод распознавания использует селективные сенсоры со специфическими рецепторами, предназначенными для селективного взаимодействия с целевыми аналитами [3, 6]. Другой метод распознавания использует комбинацию массивов перекрестно-реактивных датчиков и методов распознавания образов [3, 6–8, 10]. Эти матрицы перекрестно-реактивных сенсоров состоят из газовых сенсоров, которые реагируют на широкий спектр аналитов и имеют разную чувствительность. На сегодняшний день в массивах датчиков используются различные газовые сенсоры [6, 8], включая газочувствительные полевые транзисторы.В этой главе кратко рассмотрено исследование комбинации массивов датчиков на основе полевых транзисторов и методов распознавания образов.
2. Газочувствительные полевые транзисторы и полевые устройства в сочетании с каталитическими металлическими затворами
Полевые транзисторы с каталитическими затворами являются одним из типов газочувствительных полевых транзисторов. В 1975 году Lundström et al. впервые сообщил о полевом транзисторе с Pd-затвором, чувствительным к водороду [11, 12]. Новаторские исследования полевых транзисторов с каталитическим затвором открыли область применения газовых сенсоров на основе полевых транзисторов и других газочувствительных полевых устройств, таких как конденсаторные [13–17] и диодные сенсоры Шоттки [18, 19].Устройства с полевым эффектом с каталитическим затвором имеют наноразмерный слой каталитических металлов, таких как палладий и платина, в качестве электрода затвора на изолирующих слоях в структуре металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) [20]. На рис. 1 представлены схематические изображения этой структуры и порогового сдвига напряжения полевого транзистора с Pd-затвором, чувствительного к водороду [21]. В первоначальных сообщениях о полевых транзисторах с каталитическим затвором Pd в качестве электрода каталитического затвора наносился на изолирующий слой МДП-структуры полевого транзистора [11, 12, 21].На рис. 2 показаны изменения порогового напряжения [11] при введении водорода в полевые транзисторы с Pd-затвором. Газочувствительные механизмы полевых транзисторов с каталитическим затвором и полевых устройств с каталитическим затвором описаны в более ранних обзорах [20, 21].
Рисунок 1.
Схематическое изображение (а) структуры и (б) сдвига порогового напряжения полевого транзистора с Pd-затвором, чувствительного к водороду. Печатается с разрешения Ref. [21]. Авторское право 1993 Elsevier.
Рисунок 2.
Изменение порогового напряжения в сторону h3 при различных концентрациях при 150 ° C.Печатается с разрешения Ref. [11]. Авторское право 1975 г. Американский институт физики.
Пористые металлические затворы в полевых устройствах с каталитическими затворами позволили добиться значительного прогресса в обнаружении NH ₃ [20, 22]. На рис. 3 показаны результаты наблюдений просвечивающим электронным микроскопом слоев Pt толщиной 3 и 7 нм, напыленных на SiO ₂. Эти тонкие слои Pt состоят из прерывистых металлов [22]. Выбор каталитических материалов, структура каталитического слоя и рабочая температура влияют на чувствительность и селективность полевых устройств с каталитическими затворами [14, 15, 20].Кроме того, тип изоляционных материалов, используемых в структуре МДП, также влияет на чувствительные свойства газочувствительных полевых устройств [16].
Рис. 3.
Электронные микрофотографии в просвечивающем свете пористых металлических слоев Pt на SiO2 толщиной 3 и 7 нм. Печатается с разрешения Ref. [22]. Авторские права 1987 Elsevier.
Для работы при высоких температурах были исследованы полевые транзисторы на основе карбида кремния (SiC). SiC является полупроводником с широкой запрещенной зоной и может использоваться в качестве подложки для МДП-структуры вместо обычной подложки Si [17].SiC может использоваться при высоких температурах и суровых условиях из-за его химической инертности [23–25]. Полевые транзисторы на основе SiC применялись для обнаружения CO [23], NH ₃ [23, 24], NO ₂ [24] и SO ₂ [25]. Как и в случае обычных полевых транзисторов с каталитическим затвором, использующих кремниевую подложку, материал каталитического затвора, используемый в полевых транзисторах на основе SiC, влияет на чувствительность и селективность сенсора [25].
Устройства с каталитическим затвором, состоящие из транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), также были исследованы для работы при высоких температурах.Например, гетероструктуры GaN / AlGaN, которые демонстрируют двумерный электронный газ (2DEG), индуцированный спонтанной и пьезоэлектрической поляризацией на границе раздела гетероструктуры, были применены к HEMT с каталитическим затвором в качестве датчика газа [26]. В этом отчете HEMT на основе GaN / AlGaN в сочетании с Pt электродом затвора работал при температуре около 400 ° C для обнаружения H ₂, CO, C ₂ H ₂ и NO ₂.
3. Полевые транзисторы на основе твердого электролита
Твердые электролиты также могут применяться в датчиках на основе полевых транзисторов.Например, сообщалось о кислородном датчике на основе полевого транзистора, в котором в качестве твердого электролита используется оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ) (рис. 4) [27]. В этом датчике пленка YSZ была сформирована на изолирующем слое, состоящем из Si ₃ N ₄ и SiO ₂. Кроме того, наноразмерный слой Pt был нанесен на пленку YSZ в качестве электрода затвора. На рис. 5 показаны отклики этого сенсора на кислород и азот (1 атм) [27]. При комнатной температуре наблюдались повторяющаяся ступенчатая кривая отклика и последующий дрейф.Отклик датчика показал линейную зависимость от парциального давления кислорода в логарифмическом диапазоне от 0,01 до 1 атм. Чувствительность датчика к кислороду увеличивалась с уменьшением толщины слоя Pt.
Рис. 4.
Схематическое изображение полевого транзистора на основе YSZ. Полевой транзистор на основе YSZ является устройством с n-канальным типом и режимом истощения. Наноразмерный слой Pt формируется на слое YSZ. Печатается с разрешения Ref. [27]. Авторские права 1988 Американский институт физики.
Рис. 5.
Реакции полевого транзистора на основе YSZ при 20 ° C на O2 и N2. Печатается с разрешения Ref. [27]. Авторские права 1988 Американский институт физики.
Чтобы исследовать структуру полевого транзистора на основе YSZ для использования в качестве датчика кислорода, были изучены кристаллическая структура и электрические свойства пленки YSZ, нанесенной на слой Si ₃ N ₄ путем высокочастотного распыления [28]. На кривой емкости-напряжения наблюдался гистерезис, который, как полагали, был вызван движением ионов и / или электронов кислорода в пленке YSZ.Это привело к нестабильному отклику при комнатной температуре, как упоминалось выше. Следовательно, для повышения стабильности и ускорения отклика кислородного датчика при комнатной температуре полевой транзистор на основе твердого электролита должен включать электролит с высоким коэффициентом диффузии для ионов кислорода [28].
4. Полевые транзисторы с подвесным затвором
В 1983 году Janata et al. сообщили о SGFET, чувствительном к диполярным молекулам, таким как метанол и хлористый метилен [29]. В SGFET, показанном на Рисунке 6, образцы жидкости могут проникать в зазор между изоляционным слоем и подвешенной металлической сеткой.Электрохимическая модификация поверхности с использованием полипирролов была использована для повышения селективности SGFET [30]. В этом отчете описывается изготовление SGFET с дифференциальной селективностью путем химической модификации с полимерным покрытием.
Рис. 6.
Схематическое изображение полевого транзистора с подвесным затвором. Печатается с разрешения Ref. [29]. Авторские права 1983 Американский институт физики.
Улучшение производственных процессов — важная тема исследований SGFET.Сообщалось о гибридных SGFET, изготовленных с использованием улучшенного процесса и с различными материалами в чувствительном слое [31]. В процессе изготовления гибридных полевых транзисторов SGFET затвор и основной чип подготавливаются отдельно, а затем объединяются. Этот производственный метод имеет преимущества по сравнению с обычными методами, поскольку он позволяет включать в конструкцию широкий спектр чувствительных материалов. Метод перевернутого чипа также был применен для подготовки SGFET для определения аммиака [32]. В этом отчете слой полиакриловой кислоты был сформирован на конструкции затвора путем распыления.
Воздушный зазор в структуре затвора SGFET вызывает нежелательные эффекты на стабильность считывания из-за отсутствия пассивации, малого отношения W / L и низкой емкости затвора [33]. Чтобы преодолеть эти недостатки, исследования SGFET были расширены на полевые транзисторы с емкостным управлением (CCFET) [33] и GasFET с плавающим затвором (FGFET) [34]. CCFET содержат структуру FET и газочувствительный конденсатор с воздушным зазором. FGFET — это модификация CCFET, в которой используется плавающий затвор для повышения стабильности сигнала [34].Сообщалось о FGFET с гибридным газочувствительным верхним электродом (рис. 7a) [34]. В этой структуре газочувствительный конденсатор и считывающий транзистор были объединены в одну микросхему. На рисунке 7b показана эквивалентная принципиальная схема FGFET. Затвор и пластина электрически плавающие, поскольку они изолированы слоем SiO ₂. Этот FGFET использовался для определения H ₂ (500 ppm).
Рис. 7.
(a) схематическая иллюстрация и (b) эквивалентная принципиальная схема заявленного FGFET.Печатается с разрешения Ref. [34]. Авторское право 2003 Elsevier.
Различные датчики на основе полевых транзисторов можно комбинировать для расширения диапазона чувствительности. Например, SGFET, реагирующий на высокие концентрации H ₂, и полевой транзистор с каталитическим затвором с хорошей чувствительностью для низких концентраций H ₂ были объединены в одном чипе для увеличения диапазона чувствительности [35].
5. Полевые транзисторы на основе наноматериалов
Газовые сенсоры на основе полевых транзисторов были расширены до сенсоров, содержащих наноматериалы.Полевые транзисторы на основе наноматериалов имеют большое отношение поверхности к объему, что способствует высокой чувствительности и быстрому времени отклика и восстановления [3]. Наноматериалы допускают высокую плотность упаковки из-за их внутренних малых размеров [5]. В этом разделе кратко рассматриваются датчики газа на основе полевых транзисторов, в которых используются такие наноматериалы, как УНТ, ННК, графен и халькогениды переходных металлов.
5.1. Полевые транзисторы на основе УНТ
Впервые о создании полевых транзисторов на основе УНТ было сообщено в 1998 году [36, 37]. Типичный полевой транзистор на основе УНТ состоит из УНТ, электродов истока и стока, изолирующего слоя и подложки в качестве заднего затвора [38].Как отдельные УНТ, так и случайные сети УНТ могут использоваться для подготовки полевых транзисторов на основе УНТ. В 2000 г. были зарегистрированы эффекты химического стробирования отдельных однослойных полевых транзисторов на основе УНТ, вызванные воздействием газообразного NH ₃ или NO ₂ [39]. На сегодняшний день полевые транзисторы на основе УНТ применялись для определения H ₂ [40], CH ₄ [40], CO [40], CO ₂ [41], NO ₂ [40], NH ₃ [40], H ₂ S [40], спирты [42] и образцы дыхания [43].
Чтобы улучшить чувствительность и селективность полевых транзисторов на основе УНТ, они были модифицированы наноразмерными каталитическими материалами, такими как Pd [40, 44], Pt [40, 44], Rh [40], Au [40, 44], и Ag [44].Кроме того, сообщалось о модификациях полимерами [41], пептидами [44], белками обонятельных рецепторов [45] и ДНК [46, 47].
5.2. Полевые транзисторы на базе NW
5.2.1. Газочувствительные полевые транзисторы с использованием Si NW
В качестве газочувствительного полевого транзистора с использованием одномерных наноматериалов в 2006 году было сообщено о применении полевого транзистора на основе Si NW для обнаружения NH ₃ [48]. После этого был подготовлен датчик на основе полевого транзистора, состоящий из высокоупорядоченного массива Si ННК на изгибаемой пластиковой подложке, который был использован для обнаружения NO ₂ на уровнях частей на миллиард [49].Кроме того, датчики на основе Si NW были применены для обнаружения H ₂ [50].
Несмотря на потенциал полевых транзисторов на основе Si NW для обнаружения газа, чувствительность полевых транзисторов на основе Si NW без покрытия к неполярным летучим аналитам ограничена [51]. Чтобы преодолеть это, самородный слой SiO ₂ на поверхности Si ННК был химически модифицирован монослоями силана [51]. Модифицированные силановым монослоем полевые транзисторы на основе Si NW использовались для определения неполярных ЛОС [51] и образцов выдыхаемого воздуха [52].Модификация с помощью наночастиц [50] также использовалась для улучшения отклика полевых транзисторов на основе наноматериалов Si на целевые аналиты. Кроме того, сообщалось о полевом транзисторе на основе наноленты Si, функционализированном органическим соединением, которое реагирует на нервно-паралитические агенты на уровнях ниже ppm [53].
5.2.2. Газочувствительные полевые транзисторы с ННК из оксидов металлов или сложных полупроводниковых ННК
ННК из оксидов металлов, например In ₂ O ₃ [54, 55], SnO ₂ [56–58] и α-Fe ₂ O ₃ [59] также применялись для датчиков газа на основе полевых транзисторов.Например, полевой транзистор на основе In ₂ O ₃ NW использовался для обнаружения NO ₂ и NH ₃ [54].
Модификация поверхности ННК наночастицами была использована для повышения чувствительности и селективности полевых транзисторов на основе ННК на основе газочувствительных оксидов металлов. На сегодняшний день наночастицы Pd [56, 58], Pt [55], Ag [55], Au [55], ZnO [57] и NiO [57] используются для улучшения свойств полевых транзисторов на основе оксидов металлов. для обнаружения газа. Например, Московис и др. сообщили о модификации полевых транзисторов на основе SnO ₂ NW с наночастицами Pd и о применении этого устройства для обнаружения H ₂ [58].В этой работе сообщается о необычной чувствительности к H ₂ в области истощения заряда устройства [58]. Это устройство использовалось для определения диапазона концентраций H ₂ от 10 до 2500 ppm [58].
Составные полупроводниковые ННК также применялись в датчиках на основе полевых транзисторов [60, 61]. Гао с соавторами применили ННК InAs, который является полупроводником AIIIBV, для изготовления газочувствительного полевого транзистора [60]. Этот датчик на основе полевого транзистора был чувствителен к нескольким газам и парам спирта [60].
5.3. Полевые транзисторы на основе двумерных наноматериалов
Из-за их высокого отношения поверхности к объему при взаимодействии на молекулярном уровне двумерные наноматериалы привлекательны для использования в сенсорах на основе полевых транзисторов [5, 62]. Было изучено применение 2D-наноматериалов, таких как графен и халькогениды переходных металлов, в газовых сенсорах FET-типа.
С тех пор, как впервые было сообщено о потенциале сенсоров на основе графена для обнаружения газа [63], в других исследованиях исследовалось обнаружение газа с использованием полевых транзисторов на основе графена [62, 64].Зарегистрированный полевой транзистор на основе графена показан на рисунке 8 [64]. На рисунке 8а показано изображение полевого транзистора на основе графена, полученное методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Принципиальная схема полевого транзистора с задним затвором показана на рисунке 8b [64]. В структуре полевой транзистор состоит из образца графена, соединенного с электродами истока и стока из Au / Cr, изолирующим слоем SiO ₂ и подложкой p-Si в качестве заднего затвора. В этом отчете датчик использовался для определения паров NH ₃ [64].
Рисунок 8.
(а) изображение АСМ и (б) схематическая иллюстрация полевого транзистора на основе графена. Печатается с разрешения Ref. [64]. Авторское право 2009 г., Американское химическое общество.
В качестве 2D-наноматериалов халькогениды переходных металлов MoS ₂ [65], MoTe ₂ [66] и WS ₂ [67] также применялись в газовых сенсорах на основе полевых транзисторов. На рис. 9а схематически показан полевой транзистор с задним затвором на основе MoS ₂ [5]. На рисунке 9b показано оптическое изображение полевых транзисторов на основе MoS ₂.В этом полевом транзисторе листы MoS ₂ были выращены на подложке SiO ₂ / Si с Ti / Au в качестве электродов истока и стока. Этот датчик реагировал на 20 частей на миллиард NO ₂ и 1 частей на миллион NH ₃ [5].
Рис. 9.
(а) схематическая иллюстрация и (б) оптическое изображение полевого транзистора на основе нанопроволоки MoS2 с обратным затвором. Печатается с разрешения Ref. [5]. Авторское право, 2014 г., Американское химическое общество.
6. Комбинация газовых сенсоров и методов распознавания образов
Согласно более раннему обзору [6], рецепторы в обонятельных системах млекопитающих не проявляют высокоселективных ответов против определенных аналитов.Методы распознавания образов считаются доминирующим режимом, используемым при обработке сигналов от широких ответов обонятельной системы млекопитающих [6].
Матрицы перекрестно-реактивных химических сенсоров в сочетании с методами распознавания образов, имитирующими обонятельные системы млекопитающих, были изучены в качестве сенсорной системы, альтернативной традиционным сенсорным устройствам, которые используют конструкцию «замок и ключ» [6]. В интеллектуальных массивах датчиков, использующих методы распознавания образов, сложные образцы, генерируемые неспецифическими датчиками перекрестной реакции, анализируются для классификации и идентификации аналитов [3, 6–8].Матрицы перекрестно-реактивных сенсоров построены с использованием сенсоров, которые реагируют на широкий спектр аналитов и имеют дифференциальную чувствительность [3, 6]. Обычные полупроводниковые технологии могут быть применены для миниатюризации датчиков на основе полевых транзисторов для изготовления матриц перекрестно-реактивных датчиков.
Перед анализом данных сложные сигналы, полученные от массивов датчиков, могут быть предварительно обработаны и нормализованы для применения соответствующих вычислительных методов [7, 8, 10]. После предварительной обработки и извлечения признаков выполняется выбранный метод.В настоящее время нет общего правила выбора вычислительных методов. Следовательно, вычислительные методы должны быть надлежащим образом выбраны в зависимости от характера данных и конкретной ситуации [7].
Различные типы матриц газовых датчиков использовались с методами распознавания образов [6–8], включая матрицы газовых датчиков на основе полевых транзисторов. Например, Lundström et al. сообщили о комбинации матриц газовых сенсоров на основе полевых транзисторов с каталитическими затворами и методами распознавания образов [68, 69]. Сигналы от массивов датчиков на основе полевых транзисторов обрабатывались с использованием обычной частичной регрессии методом наименьших квадратов и искусственной нейронной сети для прогнозирования концентраций отдельных газов [69].Молекулярно модифицированные полевые транзисторы на основе Si NW также были объединены с искусственной нейронной сетью для распознавания ЛОС и оценки их концентраций [70].
7. Обзор и перспективы
Для внедрения газочувствительных полевых транзисторов в этой главе дается широкий обзор полевых транзисторов с каталитическим затвором, полевых транзисторов на основе твердого электролита, полевых транзисторов с подвесным затвором и полевых транзисторов на основе наноматериалов.