Introdução aos sensores de gás: construção, tipos e trabalho

Os sensores de gás são os melhores dispositivos da tecnologia moderna, ao monitorar e detectar vários gases em uma infinidade de ambientes.Sua capacidade de converter níveis de gás em sinais elétricos através de reações físicas ou químicas os torna valiosos para aplicações que variam da segurança industrial à segurança doméstica.

Este artigo discute sobre os diferentes tipos de sensores de gás, explorando seus princípios, vantagens e limitações de trabalho.Examinando os componentes e as funcionalidades desses sensores, particularmente os sensores de gás de óxido metálico amplamente utilizados, podemos apreciar seu significado para garantir a segurança, manter a qualidade do ar e apoiar vários processos industriais.A compreensão do uso prático, calibração e manutenção desses sensores aumenta sua confiabilidade e precisão, tornando -os as principais ferramentas em ambientes profissionais e domésticos.

Catálogo

Figura 1: Sensor de gás

O que é um sensor de gás?

Um sensor de gás é um dispositivo projetado para detectar a presença ou concentração de gases em um ambiente.Ele opera medindo alterações na resistência de seu material interno, que gera uma diferença de tensão.Essa diferença de tensão ajuda a identificar e estimar o tipo e a quantidade de gás presente.Os gases específicos que um sensor pode detectar dependem do material que é feito.

Os sensores de gás convertem níveis de gás em sinais elétricos através de reações físicas ou químicas.Esses sinais são processados ​​para fornecer dados legíveis.Eles são particularmente úteis para detectar gases tóxicos e nocivos, bem como vazamentos de gás natural.Os sensores de gás medem gases combustíveis, inflamáveis ​​e tóxicos e até níveis de oxigênio, tornando -os bons para o monitoramento da segurança e da qualidade do ar.

Padrão para desempenho do sensor a gás

Ao selecionar sensores de gás, é necessário avaliar cuidadosamente várias especificações de medição -chave para garantir sua eficácia e precisão nas aplicações de detecção de gás.Essas especificações são critérios para o desempenho do sensor, especialmente em configurações em que a segurança é uma prioridade e nos sistemas de controle de processos.

Tempo de resposta

O tempo de resposta é o intervalo entre o contato inicial do gás com o sensor e o processamento de sinal subsequente do sensor.Esse parâmetro que requer detecção imediata de gás para evitar incidentes perigosos ou manter a integridade do processo.Os tempos de resposta mais curtos são preferidos em ambientes em que a detecção rápida pode reduzir riscos, como plantas químicas ou espaços confinados com possíveis vazamentos de gás.Nas operações práticas, um sensor de gás com um tempo de resposta inferior a 10 segundos é ideal para detectar vazamentos repentinos.Isso permite ações de resposta rápida, como evacuação ou desligamento do sistema.

Figura 2: tempo de resposta e recuperação do sensor de gás

Distância de detecção

A distância de detecção é a faixa máxima na qual o sensor pode efetivamente detectar gás de sua fonte ou vazamento.Esta especificação determina onde os sensores devem ser colocados para garantir um monitoramento abrangente.Em grandes configurações industriais, os sensores devem estar posicionados estrategicamente para cobrir toda a instalação, garantindo que mesmo pequenas emissões de gás sejam detectadas antes de aumentar para níveis perigosos.Por exemplo, os sensores com uma distância de detecção de 1-2 metros são frequentemente colocados perto de potenciais pontos de vazamento, enquanto aqueles com faixas maiores (até 10 metros) podem monitorar áreas mais amplas a partir de locais centrais.

Taxa de fluxo

Figura 3: Ilustração esquemática do sensor de fluxo de gás

A taxa de fluxo representa o volume de ar ou gás que deve fluir através do sensor para gerar um sinal detectável.Para garantir leituras precisas da concentração de gás, essa taxa precisa ser definida corretamente.As taxas de fluxo inadequadas podem levar a detecção tardia ou falsos positivos, comprometendo a segurança e a eficiência operacional.Os operadores podem ajustar os sistemas de ventilação ou usar ventiladores auxiliares para manter as taxas de fluxo ideais entre os sensores.Garantir uma taxa de fluxo de 0,5 a 2 litros por minuto através do sensor pode aumentar significativamente a precisão da detecção em ambientes com condições variáveis ​​de fluxo de ar.

Parâmetro de saída do sensor

Os sensores de gás medem e relatam gases detectados em vários formatos para atender às diferentes necessidades de monitoramento.

Porcentagem LEL (Limite explosivo mais baixo)

Mede a menor concentração de um gás combustível que pode sustentar uma chama quando misturado com ar e inflamado.Necessário para a segurança em ambientes com gases explosivos.Uma leitura de 0% de LEL indica nenhum gás presente, enquanto 100% LEL significa que a concentração de gás atingiu seu limite inflamável, representando um risco significativo de explosão.Os operadores monitoram o LEL para garantir que os níveis de gás permaneçam abaixo dos limites perigosos.Verificações regulares e ações imediatas sobre leituras altas para evitar acidentes.

Porcentagem de volume

Calcula o volume do soluto dividido pelo volume total de todos os componentes, multiplicado por 100%.Menos comum para detecção de gás, mas útil para aplicações envolvendo interações com gás-líquido.A medição precisa das concentrações de gás nas misturas líquidas ajuda no controle da qualidade e na otimização do processo.

Peças por milhão (ppm)

Mede as concentrações de gás em PPM, permitindo monitoramento preciso de níveis muito baixos de gás.Necessário para a detecção de gases de rastreamento no monitoramento ambiental e controle de qualidade.O monitoramento contínuo garante a conformidade com a segurança e os regulamentos ambientais.Pequenas flutuações são rastreadas para identificar possíveis problemas com antecedência.

Medições de vazamento (ml/min)

Indica a taxa na qual o gás escapa de um sistema.Ajuda a identificar e quantificar vazamentos.Ao usar essas informações, os operadores podem garantir a integridade do sistema, evitar grandes perdas e executar manutenção e reparos no prazo.

Medições de consumo (ml/l/hr.)

Reflete a taxa na qual um gás é consumido em um processo.Excelente para uso em processos industriais e pesquisa biológica, por exemplo.É possível identificar ineficiências e otimizar os processos, mantendo um olho nas taxas de consumo de gás.

Medições de densidade (mg/m³)

Fornece informações sobre as propriedades físicas do gás em um determinado volume.Útil no controle da poluição e avaliação da qualidade do ar.Garante a adesão aos padrões ambientais e ajuda a projetar estratégias eficazes de controle de poluição.

Medidas de assinatura ou espectros

Oferece uma assinatura espectral dos gases presentes, geralmente exibidos como um cromatograma.Utilizado em técnicas analíticas avançadas, como cromatografia gasosa.A análise detalhada da composição e concentração de gás ajuda a identificar contaminantes e garantir a pureza do produto.

Esses sinais são processados ​​para fornecer dados em tempo real sobre as concentrações de gás, ajudando os sistemas de controle automatizados.

COMUM Sinais de saída de sensores de gás	Funções
Tensão analógica	um sinal elétrico contínuo representando informações variáveis
Sinais de pulso	breves explosões de energia usadas para tempo e sincronização
Correntes analógicas	correntes elétricas variando em magnitude para transmitir informações
Saque ou retransmissão de saídas	mecanismos que abrem ou fecham circuitos para Controle o fluxo elétrico

Gráfico 1: sinal de saída do sensor de gás e funções

Tipos de sensor de gás com base nos princípios de trabalho

Os sensores de gás são categorizados por seus princípios operacionais.Cada tipo tem características, vantagens e desvantagens distintas, tornando -as adequadas para várias aplicações e ambientes.

Sensor a gás à base de óxido de semicondutor / óxido metálico

Figura 4: Peças esquemáticas do sensor de gás à base de óxido de óxido metal

Figura 5: Sensor de gás semicondutores real

Esses sensores identificam gases rastreando as variações na resistência de um semicondutor quando entra em contato com os gases.Geralmente, eles incorporam um componente de detecção de óxido de metal, como dióxido de lata (SNO2), colocado em um substrato equipado com eletrodos e um elemento de aquecimento.A natureza porosa da camada de óxido de metal aumenta a área da superfície disponível para interações a gás.À medida que os gases são adsorvidos nessa camada, as mudanças ocorrem na condutividade elétrica do sensor, que por sua vez modifica sua resistência.Esses sensores são particularmente sensíveis a uma variedade diversificada de gases e são econômicos para fabricar.No entanto, eles exigem calibração de rotina e seu desempenho é influenciado pela temperatura e umidade.

Vantagens:

• Estrutura simples

• baixo custo

• Alta sensibilidade de detecção

• velocidade de reação rápida

Desvantagens:

• Pequena faixa de medição

• afetado por outros gases e temperatura

Sensor eletroquímico a gás

Figura 6: Peças esquemáticas do sensor eletroquímico

Figura 7: Exemplo de sensor eletroquímico para detecção de gás tóxico e inflamável

Os sensores eletroquímicos quantificam a concentração de gases oxidando ou reduzindo o gás alvo em um eletrodo e registrando a corrente que esse processo gera.Esses dispositivos apresentam eletrodos de trabalho, contador e referência submersos em um eletrólito, todos contidos em um pequeno alojamento que inclui uma membrana permeável a gás.Os gases passam por esta membrana e participam de uma reação redox no eletrodo de trabalho, produzindo uma corrente que é diretamente proporcional à concentração de gás.Conhecidos por sua especificidade e precisão excepcionais, esses sensores podem ser comprometidos pela presença de outros gases e tendem a ter uma vida operacional finita devido ao esgotamento gradual de seus materiais ativos.

Vantagens:

• Tempo rápido de resposta

• boa saída linear

• alta precisão

Desvantagens:

• Precisa de um ambiente rico em oxigênio

• Consumir eletrólitos líquidos

• Suscetível à temperatura, umidade e mudanças de pressão

Sensor a gás infravermelho não dispersivo (NDIR)

Figura 8: Peças esquemáticas do sensor ndir

Figura 9: Sensor NDIR real

Os sensores ndir utilizam uma luz infravermelha fonte e detector para determinar as concentrações de gás através do infravermelho absorção.Eles estão equipados com uma fonte de luz infravermelha, uma câmara para gás amostras, um filtro de comprimento de onda e um detector infravermelho.Como os gases absorvem comprimentos de onda particulares de luz infravermelha, o detector do sensor quantifica o Extensão dessa absorção para avaliar a concentração de gás.Esses sensores se gabam alta precisão e longevidade, e não são suscetíveis a envenenamento por sensores. No entanto, eles tendem a ser caros e estão limitados a detectar gases que absorvem luz infravermelha.

Vantagens:

• Mede gases como CO2

• Não requer oxigênio

• alta capacidade de concentração de medição

• Boa estabilidade e baixos custos de manutenção

Desvantagens:

• Alto consumo de energia

• Caro

• Estrutura complexa e requisitos de software/hardware

Sensor de gás catalítico

Figura 10: Peças esquemáticas do sensor catalítico

Figura 11: Exemplo de sensor catalítico

Sensores catalíticos identificam gases inflamáveis Através de um cordão catalítico que altera sua resistência durante a oxidação do gás.Esses Os sensores incorporam um cordão de detecção revestido com catalisador ao lado de uma referência elemento, organizado em uma configuração de Wheatstone Bridge dentro de proteção invólucros.A oxidação de gases combustíveis na superfície do catalisador produz calor, levando a uma mudança de resistência detectada pelo circuito.Eficaz em Detectando rapidamente baixas concentrações de gás, esses sensores precisam presença de oxigênio e pode ser comprometida por substâncias químicas específicas.

Vantagens:

• forte resistência a climas agressivos e gases venenosos

• Vida de serviço longa

• baixos custos de manutenção

Desvantagens:

• Risco de explosão ou fogo em ambientes escuros

• Susceptível a envenenamento por sulfeto e compostos de halogênio

• Erros maiores em ambientes de baixo oxigênio

Detector de fotoionização (PID)

Figura 12: Peças PID esquemáticas

Figura 13: Exemplo de PID

Detectores de fotoionização (PID) utilizam luz ultravioleta para ionizar gases e medir a corrente elétrica produzida por esses íons para avaliar as concentrações de gás.O sistema compreende uma lâmpada UV, um Câmara de ionização e eletrodos.A ionização de moléculas de gás desencadeia um corrente elétrica através dos eletrodos, que se correlaciona diretamente com o Concentração de compostos orgânicos voláteis (COV).PIDs oferecem alta sensibilidade aos VOCs e recursos rápidos de detecção, embora sejam caros e seu desempenho pode ser influenciado por variáveis ​​ambientais, como umidade e temperatura.

Vantagens:

• alta sensibilidade

• Sem problema de envenenamento

• Pode detectar mais de 400 tipos de gases orgânicos voláteis

Desvantagens:

• Alto custo de substituição da lâmpada

• Não pode medir o ar, gases tóxicos ou gás natural

Sensor de gás de condutividade térmica

Figura 14: Peças esquemáticas do sensor de condutividade térmica

Figura 15: Exemplo de sensor de condutividade térmica

Sensores de condutividade térmica avaliam Variações na condutividade térmica devido a diferentes gases.Esses sensores geralmente incorporam dois elementos térmicos, como termistores ou térmicos condutores, organizados em uma configuração de circuito de ponte.Um elemento está exposto ao gás alvo enquanto as outras interfaces com um gás de referência.Mudanças em A composição do gás altera a condutividade térmica em torno do sensor, impactando sua temperatura e resistência.Essa alteração é então quantificada pelo circuito. Esses dispositivos são diretos, robustos e capazes de detectar muitos gases, Embora eles ofereçam menos sensibilidade e sejam suscetíveis a mudanças no ambiente temperatura.

Vantagens:

• ampla faixa de detecção

• Boa estabilidade de trabalho

• Vida de serviço longa

• Sem problemas de envelhecimento do catalisador

Desvantagens:

• baixa precisão de detecção

• Baixa sensibilidade

• Susceptível ao desvio de temperatura

Analisador de cromatógrafo a gás

Figura 16: Peças esquemáticas do analisador de cromatógrafo a gás

Figura 17: Analisador de cromatógrafo a gás real real

Analisadores de cromatografia gasosa distinguem e quantificar os componentes de uma mistura de gás usando diversos detectores.Eles consistem em um injetor, uma coluna cromatográfica, um sistema de gás portador e um detector, todos alojados dentro de uma configuração controlada.Amostras de gás são introduzidas através do injetor da coluna, onde eles são separados de acordo com como Eles interagem com o material da coluna.Os componentes separados são então detectado e medido pelo detector.Esses analisadores oferecem alta precisão e pode analisar misturas complexas, mas elas são caras, exigem manuseio de especialistas, e são mais pesados ​​em comparação com outros sensores de gás.

Vantagens:

• alta sensibilidade

• Adequado para análise de micro e rastreamento

• pode analisar gases de separação multifásicos complexos

Desvantagens:

• Não é possível obter amostragem e análise contínuas

• Mais adequado para análise de laboratório do que o monitoramento de gás de campo industrial

Sensor a gás baseado em capacitância

Figura 18: Peças de sensores baseados em capacitância esquemáticos

Figura 19: Sensor baseado em capacitância real

Sensores de capacitância identificam mudanças em capacitância devido a alterações na constante dielétrica de um gás absorvido na superfície do sensor.Esses sensores são compostos por um capacitor que inclui um material dielétrico reativo ao gás alvo, normalmente projetado em uma plataforma MEMS para aprimorar a compactação.A absorção de moléculas de gás modifica a constante dielétrica, resultando em uma mudança na capacitância que é então quantificado.Embora esses sensores sejam excepcionalmente sensíveis e ideais para Detectando a umidade, eles são suscetíveis a influências ambientais, como temperatura.

Vantagens:

• alta sensibilidade

• Tempo de resposta rápido, adequado para monitoramento em tempo real

• baixo consumo de energia

Desvantagens:

• Problemas de estabilidade a longo prazo

• sensibilidade cruzada para outros gases

• faixas de detecção limitadas

Sensores de gás baseados em acústica

Figura 20: Peças esquemáticas do sensor de gás baseado em acústica

Figura 21: Sensores de gás baseados em acústica

Os sensores acústicos operam com base no conceito de que as mudanças na composição do gás afetam a velocidade do som dentro do mistura.Eles estão equipados com um transmissor de ondas sonoras e receptor, definido dentro de uma câmara ou ao longo de um caminho onde a mistura de gás pode interagir com o ondas sonoras.As variações nas propriedades acústicas devido a essa interação são registrados e analisados.Esses sensores oferecem monitoramento não invasivo e Detecção rápida de mudanças, mas elas podem enfrentar desafios com precisão e geralmente precisam de calibração regular.

Vantagens:

• Detectar agentes de nervos e bolhas

• sem bateria, adequado para aplicações sem fio

• Usável em peças duras e rotativas

Desvantagens:

• Difícil de manusear durante a fabricação devido ao tamanho pequeno

Sensor de gás calorimétrico

Figura 22: (a) Ilustração esquemática da estrutura do dispositivo e princípio de trabalho e (b) fotografia de um dispositivo calorimétrico-TGS.(c) Esquema e fotografia do sistema de medição para os dispositivos calorimétricos-TGs.

Sensores calorimétricos detectam variações de calor resultante de reações químicas entre o gás alvo e um específico reagente.Esses dispositivos estão equipados com uma câmara de reação contendo um catalisador ou reagente que, ao reagir com o gás, gera calor.Esse aumento ou diminuição da temperatura é então medido por um integrado sensor de temperatura.Embora esses sensores sejam particularmente eficazes para Detectando certos gases, eles tendem a exibir tempos de reação mais lentos e menos sensibilidade aos outros tipos de sensores.

Vantagens:

• Tempo rápido de resposta para monitoramento em tempo real

• Design simples

• Estabilidade e confiabilidade a longo prazo

• baixo consumo de energia

Desvantagens:

• Os catalisadores têm uma vida útil limitada e podem degradar

• Tempos de resposta mais lentos para concentrações de gás muito baixas

Sensor de gás magnético

Figura 23: Efeitos magnéticos usados ​​para a fabricação de dispositivos de detecção de gás.(um) Efeito Hall, (b) Efeito Kerr.(c) Efeito de ressonância ferromagnética (FMR). (d) Efeito magneto-plasmônico.(e) Momento magnético ou efeito de rotação.(f) Efeito de onda de rotação magnetostática (RSU).

Figura 24: Sensor magnético real

Sensores magnéticos utilizam o magnético características de gases específicos, como oxigênio, para determinar seus concentração.Esses dispositivos apresentam materiais magnéticos que alteram seus propriedades magnéticas quando expostas a certos gases.Essas mudanças são detectadas por um sensor de campo magnético integrado dentro da unidade.A modificação no As propriedades magnéticas causadas pela presença do gás alvo são medidas e analisado.Os sensores magnéticos oferecem alta estabilidade e são amplamente impermeáveis ​​a interferência de outros gases.No entanto, eles só podem detectar gases paramagnéticos e tendem a ser mais sofisticados e caros.

Vantagens:

• Operação não invasiva

• Detecção rápida e monitoramento em tempo real

• Alguns tipos não requerem energia externa

Desvantagens:

• Complexo e caro

• requer calibração frequente

• Só pode medir gases com propriedades magnéticas específicas

• Incapável a campos magnéticos externos e mudanças de temperatura

Componentes de um sensor de gás de óxido metálico

Figura 25: Componentes esquemáticos de um sensor de gás de óxido metálico

Camada de detecção de gás: a camada de detecção de gás é o núcleo do sensor, detectando alterações de concentração de gás.Ele atua como um quimiresistor, alterando a resistência quando exposto a gases específicos.Geralmente feito de dióxido de lata (Sno₂), que possui excesso de elétrons (elementos do doador), altera a resistência na presença de gases tóxicos.Essa mudança de resistência afeta o fluxo de corrente, correlacionando -se com a concentração de gás, fazendo com que a camada de detecção de gás, para detecção precisa de gás.

Bobina do aquecedor: A bobina do aquecedor aumenta a sensibilidade e a eficiência da camada de detecção de gás, mantendo -a em alta temperatura.Feito de níquel-cromo, conhecido por seu alto ponto de fusão, ele permanece estável sob calor constante.Esse aquecimento ativa a camada de detecção de gás, permitindo que ele responda melhor aos gases.A bobina do aquecedor garante o desempenho ideal do sensor, fornecendo energia térmica de forma consistente.

Linha de eletrodo: a linha do eletrodo transmite com eficiência as pequenas correntes da camada de detecção de gás.Construído em platina, valorizada por sua condutividade, garante transmissão e medição de corrente precisas.Esse movimento eficiente de elétrons é bom para a precisão do sensor na detecção de gás.

Eletrodo: o eletrodo conecta a saída da camada de detecção de gás à linha do eletrodo.Feito de ouro (Au - Aurum), um condutor superior, garante resistência mínima e transmissão de corrente eficiente.Essa conexão é importante para medições precisas de concentração de gás, permitindo a transferência de sinal elétrico sem costura do elemento de detecção para os terminais de saída.

Cerâmica tubular: a cerâmica tubular, geralmente feita de óxido de alumínio (Al₂o₃), fica entre a bobina do aquecedor e a camada de detecção de gás.Seu alto ponto de fusão suporta o processo de queima da camada de detecção, mantendo alta sensibilidade e corrente de saída eficiente.A cerâmica tubular oferece estabilidade estrutural e isolamento térmico, protegendo as peças internas do sensor e aumentando a durabilidade e o desempenho.

Malha sobre o elemento sensor: uma malha de metal cobre o elemento sensor, protegendo componentes sensíveis de poeira e partículas corrosivas.Essa malha protege o sensor de contaminantes externos e mantém a integridade e a longevidade da camada de detecção de gás.Ao filtrar partículas nocivas, a malha garante que o sensor opere com precisão e confiabilidade por longos períodos.

Como os sensores de gás funcionam?

Tecnologia básica

Os sensores de gás usam um quimiresistor, geralmente feito de dióxido de lata (SNO2).O SNO2 é um semicondutor do tipo n que possui muitos elétrons livres, que são bons para a realização de eletricidade.

Função no ar limpo

No ar limpo, as moléculas de oxigênio da atmosfera se ligam à superfície sno2.Essas moléculas de oxigênio capturam elétrons livres do SNO2, criando uma barreira que interrompe o fluxo de corrente.Portanto, a saída do sensor é zero ou em uma linha de base.

Reação a gases tóxicos ou combustíveis

Quando expostos a gases tóxicos ou combustíveis, esses gases reagem com o oxigênio na superfície sno2, liberando os elétrons presos.Esse aumento nos elétrons livres aumenta a condutividade do SNO2.O nível dessa mudança de condutividade corresponde à concentração do gás.

Como usar um sensor de gás?

Figura 26: Módulo de sensor de gás e 4 terminais

Um sensor de gás básico possui seis terminais: quatro para entrada/saída (marcada a, a, b, b) e dois para aquecer a bobina (rotulada H, H).Os terminais de entrada/saída podem ser usados ​​de forma intercambiável.Os sensores de gás geralmente vêm como módulos que incluem o próprio sensor e um IC do comparador.Esses módulos geralmente têm quatro terminais: VCC (fonte de alimentação), GND (terra), saída digital (um sinal indicando a presença de gás) e saída analógica (uma tensão contínua que indica concentração de gás).

Aumento da saída do sensor

Como o sensor de gás sozinho produz uma pequena saída (em milivolts), é necessário um circuito externo para converter essa saída em um sinal digital.Essa conversão usa um comparador (geralmente um LM393), um potenciômetro ajustável e resistores e capacitores adicionais.O comparador LM393 pega a saída do sensor, compara -o com uma tensão de referência e fornece uma saída digital.O potenciômetro define o nível de concentração de gás que aciona uma alta produção.

Diagrama de circuito básico de um módulo de sensor de gás

Figura 27: Diagrama básico de circuito de um sensor de gás em um módulo de sensor de gás

O circuito do sensor de gás inclui terminais de entrada/saída (A e B) e terminais do aquecedor (H).A bobina do aquecedor deve receber tensão suficiente para ativar o sensor.Sem essa tensão de entrada, a corrente de saída é insignificante.Uma vez alimentado, a camada de detecção pode detectar gases.

Sem gás presente:

A resistência da camada de detecção permanece inalterada, resultando em corrente mínima de saída.

Gás presente:

A bobina pré-aquecida facilita a detecção alterando a resistência do material, alterando o fluxo de corrente na resistência da carga (RL).

O valor de RL, normalmente entre 10kΩ a 47kΩ, é calibrado com base na sensibilidade desejada à concentração de gás.Os valores de resistência mais baixos reduzem a sensibilidade, enquanto os valores de resistência mais altos aumentam a sensibilidade.O circuito também inclui um amplificador operacional LM393, que converte o sinal analógico em um digital.Um potenciômetro de 10k a bordo permite ajustar a sensibilidade do módulo do sensor.Dois LEDs fornecem indicadores visuais: um para energia (indicando que a placa está alimentada) e outro para o acionamento (indicando que o limite de conjunto foi atingido).Os capacitores de desacoplamento reduzem o ruído, garantindo leituras de sensores estáveis ​​e precisos.

Sensores de gás mais populares

A série MQ de sensores de gás semicondutores, incluindo modelos como MQ-2, MQ-3, MQ-4, MQ-5, MQ-6, MQ-7, MQ-8, MQ-9, MQ-131, MQ-135, MQ-136, MQ-137, MQ-138, MQ-214, MQ-303A, MQ-306A e MQ-309A, são bem considerados por sua confiabilidade e precisão em várias aplicações.Esses sensores atendem a uma ampla gama de requisitos ambientais e industriais.

Figura 28: Tabela de diferentes tipos de sensor de gás

MQ-2: Detecta gases combustíveis e fumaça.

Pré -aqueça o sensor por 24 horas.Calibre com uma concentração conhecida do gás alvo, como 1000 ppm de metano.Ajuste a resistência da carga com base na tensão de saída.

Observe o lento aumento da resistência à medida que o aquecedor interno se estabiliza.Certifique -se de que o sensor tenha se aquecido totalmente antes de fazer leituras para evitar imprecisões.

MQ-3: Detecção de vapor de álcool, frequentemente usada em bandeiras.

Aqueça o sensor por pelo menos 48 horas antes do uso inicial.Calibre com 0,4 mg/L de álcool no ar.Ajuste o resistor de carga para corresponder às necessidades de aplicação específicas.

Monitore a deriva da sensibilidade durante a calibração e ajuste os intervalos com base na estabilidade.Registre a temperatura ambiente e a umidade, pois afetam a precisão.

MQ-4: Detecção de metano e gás natural.

Pré -aqueça por 24 horas.Calibre em um ambiente controlado com 5000 ppm de metano.Ajuste o resistor de carga de acordo.

Monitore de perto o tempo de resposta.A resposta lenta pode indicar problemas com o aquecedor ou a estabilidade da temperatura no ambiente.

MQ-5: LPG, gás natural e detecção de gás de carvão.

Semelhante ao MQ-4, mas calibre para vários gases usando concentrações específicas.

Mantenha um ambiente estável durante a calibração.As flutuações de temperatura podem causar variações significativas nas leituras.

MQ-6: Detecta GLP, butano, isobutano e propano.

Pré-aqueça e calibre como no MQ-5.Garanta a ventilação adequada para evitar concentrações perigosas de gás durante a calibração.

Preste atenção ao tempo de recuperação do sensor após a exposição a altas concentrações de gás.A exposição prolongada pode saturar o sensor, exigindo um período de recuperação mais longo.

MQ-7: Detecção de monóxido de carbono.

Pré -aqueça por 48 horas.Calibre em um ambiente de 100 ppm de CO.Ajuste o resistor de carga para corresponder à sensibilidade desejada.

Observe o comportamento sob temperaturas flutuantes, pois os sensores de CO são sensíveis às mudanças de temperatura.Implementar um algoritmo de compensação, se necessário.

MQ-8: Detecção de gás de hidrogênio.

Pré -aqueça por 24 horas.Calibre em um ambiente de hidrogênio de 1000 ppm.Ajuste a resistência da carga para o desempenho ideal.

Verifique se o ambiente de calibração está livre de outros gases e contaminantes, pois os sensores de hidrogênio são altamente sensíveis à contaminação.

MQ-9: Detecta monóxido de carbono e gases inflamáveis.

Pré -aqueça por 48 horas.Calibre separadamente para CO e gases inflamáveis ​​usando concentrações conhecidas.Ajuste os resistores de carga para cada detecção de gás.

Certifique -se de que a calibração para um gás não interfira na sensibilidade ao outro.Concentre -se na capacidade de detecção de gás duplo.

MQ-131: Detecção de ozônio.

Pré -aqueça por 24 horas.Calibre em um ambiente de ozônio de 0,1 ppm.Ajuste a resistência da carga de acordo.

Verifique regularmente a sensibilidade ao sensor e recalibre como os sensores de ozônio podem se degradar ao longo do tempo com a exposição a altas concentrações.

MQ-135: Sensor de qualidade do ar Detectando NH3, NOx, álcool, benzeno, fumaça e CO2.

Pré -aqueça por 24 horas.Use vários ambientes de gás controlados para calibrar para cada gás específico.

Mantenha registros detalhados das configurações de calibração para cada tipo de gás.A recalibração regular é boa para manter a precisão devido à ampla gama de gases detectáveis.

MQ-136 para MQ-309A: Cada sensor tem como alvo gases específicos e possui calibração semelhante à descrita como MQ-135.

Pré -aqueça por 24 horas e use vários ambientes de gás controlados para calibrar para cada gás específico.

Entenda sensibilidades e sensibilidades cruzadas específicas de cada sensor.Manutenção regular, calibração e controle ambiental são essenciais para o desempenho ideal.

Aplicações de sensor a gás

Segurança industrial: Em ambientes industriais, os sensores de gás monitoram gases tóxicos como monóxido de carbono, metano e sulfeto de hidrogênio.Esses sensores são instalados em áreas propensas a vazamentos, como plantas químicas, unidades de fabricação e instalações de armazenamento.Eles operam continuamente, enviando dados em tempo real para um sistema de controle central.Quando os níveis de gás excedem os limiares definidos, o sistema aciona alarmes e desligamentos automáticos para evitar riscos.Os operadores calibram rotineiramente esses sensores, realizando verificações de campo e calibrações zero-span para garantir a precisão.

Segurança da família: Em casa, os sensores de gás detectam vazamentos de gás natural ou propano, impedindo explosões ou envenenamento.Esses sensores geralmente fazem parte dos sistemas domésticos inteligentes, alertando os proprietários por meio de smartphones ou entrando em contato com serviços de emergência.Eles geralmente são instalados em cozinhas, porões ou perto de aparelhos de gás.Os proprietários devem testar regularmente esses dispositivos e substituir as baterias conforme necessário para mantê -las operacionais.

Indústria de petróleo e gás: em plataformas de petróleo, sensores de gás monitoram compostos orgânicos voláteis (COV) e outros gases perigosos.Esses sensores são construídos para suportar condições duras no exterior, como temperaturas extremas e umidade.Eles fazem parte de um sistema de segurança maior que inclui controles de ventilação e mecanismos de desligamento de emergência.As inspeções diárias garantem que os sensores estejam livres de contaminantes e funcionando corretamente, com ajustes no local feitos usando dispositivos de calibração portátil.

Indústria de hospitalidade: em hotéis, os sensores de gás aplicam políticas de não fumantes, detectando fumaça de cigarro e desencadeando sistemas ou alarmes de ventilação.Discreentemente instalado em quartos e áreas comuns, esses sensores ajudam a gerência do hotel a lidar prontamente a lidar com violações e a manter um ambiente livre de fumo.A manutenção regular verifica os sensores limpos e verifique sua sensibilidade às partículas de fumaça.

Ambientes de escritório: em edifícios de escritórios, os sensores de gás monitoram a qualidade do ar interno, com foco em poluentes como dióxido de carbono, COV e material particulado.Integrados aos sistemas HVAC, esses sensores regulam o fluxo de ar para garantir um espaço de trabalho saudável.Os gerentes de instalações analisam os dados do sensor para otimizar a ventilação, reduzindo os custos de energia, mantendo a qualidade do ar.As atualizações periódicas de calibração e software são executadas para aprimorar o desempenho do sensor.

Sistemas de ar condicionado: sensores de gás nos ar condicionados gerenciam os níveis de CO2, melhorando a qualidade do ar interno.Parte de um sistema automatizado, eles ajustam as taxas de ventilação com base em concentrações de CO2 em tempo real.Os técnicos verificam a funcionalidade do sensor durante a manutenção de rotina para garantir leituras precisas e qualidade ideal do ar.

Sistemas de detecção de incêndio: sensores de gás em sistemas de detecção de incêndio identificam fumaça e gases tóxicos como monóxido de carbono cedo.Eles fornecem avisos, permitindo medidas oportunas de evacuação e controle de incêndio.O pessoal de segurança contra incêndio testa regularmente esses sistemas, simulando as condições de fumaça para garantir a capacidade de resposta e a confiabilidade do sensor.

Operações de mineração: Na mineração, os sensores de gás detectam gases perigosos como metano e monóxido de carbono, para segurança do trabalhador.Esses sensores fazem parte de um sistema de segurança em rede, fornecendo monitoramento contínuo e ajustes automáticos de ventilação.Os mineradores também carregam detectores de gás portáteis como uma medida de segurança adicional.O treinamento regular sobre usos do sensor e procedimentos de resposta a emergências garante a preparação.

Analisadores de respiração: Sensores de gás nos analisadores de respiração medem o teor de álcool no sangue (BAC) detectando etanol na respiração.Usados ​​pela aplicação da lei e pelos indivíduos para monitoramento, esses dispositivos requerem calibração com padrões conhecidos de etanol para manter a precisão.Os usuários seguem protocolos rígidos, como garantir que o dispositivo esteja na temperatura correta e evitando a contaminação, para garantir resultados confiáveis.

Conclusão

À medida que a tecnologia avança, os sensores de gás estão se tornando mais poderosos e amplos, aprimorando seu desempenho e tornando -os necessários em muitas áreas, incluindo segurança industrial e segurança familiar.Compreender como os sensores de gás funcionam e como mantê -los destaca sua importância técnica e sua contribuição significativa para proteger vidas e melhorar a qualidade do nosso ambiente.Seja em fábricas, casas ou espaços públicos, os sensores de gás são essenciais para um futuro mais seguro e saudável.À medida que a tecnologia avança, os sensores de gás estão se tornando mais avançados e bem desenvolvidos, melhorando seu desempenho e tornando -os indispensáveis ​​em muitas áreas, incluindo segurança industrial e segurança familiar.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. O que são os sensores de gás?

Um sensor de gás é um dispositivo que detecta a presença e a concentração de gases no ar.Ele converte informações químicas do gás em um sinal eletrônico que pode ser medido e analisado.

2. Qual é o objetivo de um sensor de gás?

O objetivo principal de um sensor de gás é monitorar e detectar vazamentos de gás ou a presença de gases perigosos.Ajuda a garantir a segurança, fornecendo avisos precoces de níveis perigosos de gás, prevenindo acidentes e garantindo a conformidade com os regulamentos de segurança.

3. Quais são as vantagens do sensor a gás?

Os sensores de gás são dispositivos que detectam e medem as concentrações de gás no ar, garantindo a segurança, fornecendo avisos precoces de gases perigosos.Eles são precisos, oferecendo medições precisas e aumentam a segurança em vários ambientes através da detecção precoce.Os sensores de gás podem ser integrados aos sistemas automatizados para monitoramento contínuo, reduzindo a necessidade de inspeções manuais e diminuindo os custos de mão -de -obra.Sua versatilidade lhes permite detectar uma ampla gama de gases, tornando -os adequados para inúmeras aplicações, desde plantas industriais e monitoramento ambiental até segurança residencial e ambientes médicos.Um exemplo é um sensor de monóxido de carbono em casas que alerta os ocupantes sobre níveis perigosos de gás CO.

4. Onde os sensores de gás são usados?

Os sensores de gás são amplamente utilizados em vários setores e ambientes, incluindo o monitoramento de gases em fábricas, refinarias e plantas químicas para garantir a segurança industrial.Medir a qualidade do ar e detectar os níveis de poluição para proteção ambiental.Detectar o monóxido de carbono e vazamentos de gás natural em residências para segurança residencial.Monitorando os gases respiratórios no ambiente de saúde.E detectar emissões de gás em veículos para garantir a conformidade com os padrões ambientais.

5. O que é um exemplo de sensor de gás?

Um exemplo comum de sensor de gás é o sensor de monóxido de carbono (CO) usado em residências.Esse sensor detecta gás CO, que é incolor e inodoro, proporcionando um alarme quando níveis perigosos estão presentes para evitar envenenamento.

6. Como trabalhar um sensor de gás?

Um sensor de gás trabalha sendo exposto a um gás alvo, que interage com o material de detecção do sensor, causando uma reação química que altera as propriedades do sensor.Essa alteração é convertida em um sinal eletrônico, que é então processado e medido para fornecer uma saída legível, como um valor numérico ou um alarme.Por exemplo, um sensor de monóxido de carbono em uma casa monitora continuamente o ar.Se o gás CO for detectado, ele reage com o sensor, criando um sinal eletrônico que aciona um alarme se os níveis de CO estiverem muito altos, avisando -o sobre o perigo.