AX elektronika d.o.o.
Avtor: Jurij Mikeln
E-pošta: stik@svet-el.si
Slike: renkeer.com
Tipičen človeški nos ima 400 vrst vonjavnih receptorjev, ki nam omogočajo zaznavanje približno 1 bilijona različnih vonjav. Kljub temu pa mnogi med nami niso sposobni prepoznati vrste ali koncentracije plinov, ki so prisotni v našem ozračju.
Tu pridejo na pomoč različni senzorji. Obstaja veliko vrst senzorjev za merjenje različnih parametrov, med njimi je tudi senzor plina, ki pride prav v aplikacijah, kjer moramo zaznati spremembe v koncentraciji strupenih plinov, da bi ohranili sistem varen in se izognili nepričakovanim nevarnostim. Obstajajo različni senzorji za zaznavanje plinov, kot so kisik, ogljikov dioksid, dušik, metan itd. Pogosto jih najdemo tudi v napravah, ki se uporabljajo za zaznavanje uhajanja škodljivih plinov, spremljanje kakovosti zraka v industriji in pisarnah itd.
Ta vsebina je samo za naročnike
Kaj so senzorji plinov?
V širšem pomenu besede so senzorji naprave za merjenje fizikalnih parametrov, kot so temperatura, svetloba, zvok, tlak, gibanje ali koncentracija plinov, in njihovo pretvorbo v električne signale, ki jih lahko obdelajo druge naprave.
Senzor plina je elektronska naprava, ki se uporablja za zaznavanje prisotnosti in koncentracije določenih plinov v zraku. Najpogostejše vrste plinov, ki jih zaznavajo ti senzorji, so ogljikov monoksid (CO), vodik (H2), metan (CH4) in propan (C3H8).
Senzorji plina delujejo tako, da merijo spremembe električne upornosti, prevodnosti ali napetosti, ki jih povzroči prisotnost ciljnega plina. Vsaka vrsta senzorja plina je zasnovana za zaznavanje določenega plina, izhodni signal senzorja pa se spreminja glede na koncentracijo ciljnega plina v zraku.
Senzorji imajo ključno vlogo v številnih panogah in aplikacijah, vključno z avtomobilsko, letalsko in vesoljsko industrijo, medicino, industrijo in potrošniško elektroniko. Z zaznavanjem sprememb fizikalnih parametrov lahko senzorji zagotavljajo informacije o okolju in pomagajo nadzorovati različne procese.
Obstaja veliko različnih vrst senzorjev, od katerih je vsak zasnovan za merjenje določenega parametra. Nekatere pogoste vrste senzorjev vključujejo:
- Senzorji temperature (npr. termistor, termočlen)
- Senzorji svetlobe (npr. fotoupor, fotodioda)
- Senzorji gibanja (npr. pospeškomer, žiroskop)
- Senzorji tlaka (npr. barometer)
- Senzorji bližine (npr. infrardeči, ultrazvočni)
- Senzorji okolja (npr. kakovost zraka, plin, vlažnost)
- Drugi (npr. zvok, dotik, magnetni itd.)
V Tabeli 1 se nahaja spisek senzorjev, ki obstajajo na trgu.
Senzorji se pogosto uporabljajo v različnih aplikacijah, kot so robotika, naprave interneta stvari (IoT) in nadzorni sistemi, saj zagotavljajo informacije v realnem času in omogočajo avtomatizirano odločanje.
Obstaja seveda še več vrst senzorjev plina. Naštejmo nekaj najbolj znanih.
- Elektrokemični senzorji plina reagirajo z merjenim plinom in ustvarijo električni signal, ki je sorazmeren s koncentracijo plina. Večina elektrokemičnih senzorjev plina je tokovnih senzorjev, ki generirajo tok, ki je linearno sorazmeren s koncentracijo plina.
Slabosti: plin je treba zaznati v okolju s kisikom (1-10 % VOL), med uporabo pa se troši tekoči elektrolit.
- NDIR senzorji plinov oddajajo infrardečo svetlobo, ki povzroči vibriranje molekul plina. Načelo delovanja je, da lahko različni plini absorbirajo različne infrardeče valovne dolžine. Več kot je plina, manj infrardeče svetlobe lahko prehaja skozi. Ko infrardeči žarki prehajajo skozi plin na merilnem območju, resonirajo z molekulami plina, ki jih absorbirajo, ko molekule vibrirajo.
Prednosti: Običajni senzorji na trgu, kot so katalizatorski (CAT), elektrokemični (EC) in polprevodniški senzorji, ne morejo meriti nobenega plina. Na primer, CO2 ni mogoče meriti, vendar pa senzorji NDIR lahko merijo CO2. Najpogosteje merjeni plini za NDIR sta CH4 in CO2.
Slabosti: Senzorji NDIR porabijo veliko energije. Merjenje koncentracij plinov na ravni ppm je drago. Struktura, programska in strojna oprema so bolj zapleteni, cena pa je razmeroma visoka.
- Katalitični senzorji plinov so pravzaprav detektorji plina, ki temeljijo na platinastem temperaturnem senzorju. Na površini platinskega uporovnega senzorja je pripravljena plast katalizatorja, odporna na visoke temperature, pri določeni temperaturi pa se gorljivi plin na površini katalizatorsko vžge. Zato se temperatura platinskega upora poveča, kar povzroči spremembo vrednosti upora.
Prednosti: močna odpornost na ostro podnebje in strupene pline, dolga življenjska doba. Odkrije vse vnetljive pline, vključno z alkani in nealkani. Nizki stroški vzdrževanja.
Slabosti: mora delovati v temi, zlahka eksplodira ali se vžge. Komponente so dovzetne za zastrupitev s sulfidnimi in halogenskimi spojinami, kar skrajša njihovo življenjsko dobo. V hipoksičnem okolju je napaka večja.
- Magnetni senzor. Ko zazna toploto, svetlobo, sevanje in tlak v okolju, se ustrezno spremenijo tudi njegove magnetne lastnosti. S to lastnostjo je mogoče izdelati različne zanesljive in visoko občutljive senzorje. Magnetni detektorji plinov so večinoma magnetne sonde z razmeroma močnimi merilnimi zmogljivostmi.
Prednosti: odkriva kisik z odlično selektivnostjo. Magnetni analizatorji kisika so zelo natančni.
Slabosti: ena vrsta meritev, majhno območje uporabe.
- Fotoionizacijski senzorji plinov (PID) delujejo tako, da za zaznavanje plina uporabljajo ionizirane fotoione. Preprosto povedano, plin se obseva z ultravijolično svetlobo, ki jo ustvarja ionska svetilka, in plin se ionizira, ko absorbira dovolj energije ultravijolične svetlobe. Izmerjena raven plina se izračuna z zaznavanjem majhnega toka, ki nastane pri ionizaciji plina. Zaznava lahko hlapne organske spojine in druge strupene pline od 10ppb do 10000ppm.
Prednosti: PID ima visoko občutljivost, ni težav z zastrupitvijo, je varen in zanesljiv. Zazna več kot 400 vrst hlapnih organskih plinov.
Slabosti: ne more meriti zraka, strupenih plinov, zemeljskega plina itd.
- Toplotno prevodni senzorji plinov lahko zaznajo določen plin v okolju. Informacije o koncentraciji plina pretvorijo v električne signale za zaznavanje, spremljanje, analizo in alarmiranje. Toplotno prevodni materiali, občutljivi na pline, merijo njihovo koncentracijo na podlagi razlike v toplotni prevodnosti med različnimi plini in zrakom.
Prednosti: široko območje zaznavanja, najvišja koncentracija zaznavanja lahko doseže 100 %. Dobra stabilnost delovanja, dolga življenjska doba, ni težav s staranjem katalizatorja.
Slabosti: slaba natančnost zaznavanja, nizka občutljivost, temperaturno odstopanje.
Zaključek
V današnjem svetu poznamo kopico senzorjev. Zaznavamo lahko praktično skoraj vse fizikalne količine in s senzorji lahko spremljamo skoraj vse, kar se dogaja okoli nas.
V tokratnem članku smo se osredotočili na senzorje plinov, saj je tudi različnih plinov in hlapov veliko.
Če želimo zaznati določene pline ali hlape, je potrebno izbrati določeno vrsto senzorjev. Signal iz senzorja enostavno zajamemo z mikrokontrolerjem in ga obdelamo za svoje potrebe. Seveda pa izberemo senzor, ki bo ustrezen tako glede kvalitete senzorja, kot tudi cene.
Povzeto po:
https://www.renkeer.com/
https://svet-el.si
