شرح مبدأ الكشف عن كاشف الغاز بالتفصيل.
كاشف الغاز هو أداة مصممة خصيصًا للكشف عن التركيز الآمن للغاز. يتمثل مبدأ عمله بشكل أساسي في تحويل الإشارات غير الكهربائية الفيزيائية أو الكيميائية التي يجمعها مستشعر الغاز إلى إشارات كهربائية، ثم تصحيح وتصفية الإشارات الكهربائية المذكورة أعلاه من خلال دوائر خارجية، والتحكم في الوحدات المقابلة من خلال هذه الإشارات المعالجة لتحقيق اكتشاف الغاز . ومع ذلك، فإن جوهر كاشف الغاز هو مكونات الاستشعار المدمجة. وفقًا للغازات المختلفة المكتشفة، تختلف مبادئ تقنية الكشف، وتنقسم المبادئ بشكل أساسي إلى الفئات الست التالية:
1) مبدأ الاحتراق الحفاز:
يستخدم مستشعر الاحتراق الحفاز مبدأ التأثير الحراري للاحتراق الحفاز لتشكيل جسر قياس. في ظل ظروف درجات حرارة معينة، يحترق الغاز القابل للاحتراق عديم اللهب على سطح حامل عنصر الكشف وتحت تأثير المحفز، وتزداد درجة حرارة الناقل، وتزداد أيضًا مقاومة سلك البلاتين الذي يمر عبره وفقًا لذلك، لذلك أن جسر التوازن يفقد توازنه ويخرج إشارة كهربائية تتناسب مع تركيز الغاز القابل للاحتراق. ومن خلال قياس تغير مقاومة سلك البلاتين، يمكن معرفة تركيز الغاز القابل للاحتراق.
إنه يستخدم بشكل أساسي للكشف عن الغاز القابل للاحتراق، مع خطية جيدة لإشارة الخرج، ومؤشر موثوق، وسعر في المتناول، وعدم وجود عدوى متقاطعة مع الغازات غير القابلة للاحتراق.
2) مبدأ الأشعة تحت الحمراء:
يقوم مستشعر الأشعة تحت الحمراء بتمرير الغاز المراد قياسه بشكل مستمر عبر حاوية ذات طول وحجم معين، ويصدر شعاعًا من ضوء الأشعة تحت الحمراء من جانب أحد الوجهين النهائيين المنفذين للضوء للحاوية. عندما يتزامن الطول الموجي لمستشعر الأشعة تحت الحمراء مع خط الامتصاص للغاز المراد قياسه، يتم امتصاص طاقة الأشعة تحت الحمراء، وتخفيف شدة الضوء لضوء الأشعة تحت الحمراء بعد المرور عبر الغاز المراد قياسه يفي بقانون لامبرت-بير. كلما زاد تركيز الغاز، زاد توهين الضوء. في هذا الوقت، يتناسب امتصاص الأشعة تحت الحمراء بشكل مباشر مع تركيز المواد الممتصة للضوء، لذلك يمكن قياس تركيز الغاز عن طريق قياس توهين الأشعة تحت الحمراء بالغاز.
يتميز مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء بخصائص عمر الخدمة الطويل (3-5} سنة)، والحساسية العالية، والاستقرار الجيد، وعدم السمية، والتدخل الأقل من البيئة وعدم الاعتماد على الأكسجين، وما إلى ذلك. يتمتع مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء بحساسية مراقبة عالية ويمكنه التمييز بدقة حتى بين غاز micro-PPB أو غاز PPM منخفض التركيز. نطاق القياس واسع، بشكل عام، يمكن تحليل غاز 100% VOL بتركيز عالٍ، ويمكن أيضًا إجراء تحليل التركيز المنخفض لمستوى 1ppb.
3) المبدأ الكهروكيميائي:
يتكون المستشعر الكهروكيميائي عادةً من ثلاثة أجزاء: القطب الكهربائي والإلكتروليت وقطب أشباه الموصلات هي الأجزاء الأساسية للمستشعر، وهي مصنوعة من معدن أو مواد شبه موصلة ويمكن أن تتفاعل كيميائيًا مع جزيئات الغاز. الإلكتروليت هو سائل موصل، يمكنه توصيل الأقطاب الكهربائية بأشباه الموصلات لتشكيل دائرة كاملة. أشباه الموصلات عبارة عن مادة خاصة يمكنها تحويل الإشارة الحالية بين القطب الكهربائي والإلكتروليت إلى إشارة رقمية، وبالتالي تحقيق اكتشاف تركيز الغاز.
يعتمد مبدأ عمل مستشعر الغاز الكهروكيميائي على تفاعل الأكسدة والاختزال. عندما تتلامس جزيئات الغاز مع سطح القطب، فإنها ستخضع لتفاعل الأكسدة والاختزال وتولد الإشارات الحالية. يمكن نقل هذه الإشارة الحالية إلى أشباه الموصلات من خلال المنحل بالكهرباء ومن ثم تحويلها إلى إشارة رقمية. تتناسب الإشارة الرقمية مع تركيز الغاز، لذلك يمكن تحديد تركيز الغاز عن طريق قياس الإشارة الرقمية.
يستخدم بشكل أساسي للكشف عن الغازات السامة، مع حساسية عالية واستجابة سريعة وموثوقية جيدة وعمر خدمة طويل. يمكنه الكشف عن مجموعة متنوعة من الغازات، مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك. يستخدم على نطاق واسع في الصناعة والرعاية الطبية وحماية البيئة وغيرها من المجالات.
4) مبدأ التأين الضوئي PID:
مبدأ PID هو أن الغاز العضوي سوف يتأين تحت إثارة مصدر الضوء فوق البنفسجي. يستخدم PID مصباح الأشعة فوق البنفسجية، ويتم تأين المادة العضوية تحت إثارة مصباح الأشعة فوق البنفسجية، وتكون "الشظايا" المتأينة لها شحنات موجبة وسالبة، وبالتالي توليد تيار بين القطبين الكهربائيين. يقوم الكاشف بتضخيم التيار، ويمكن عرض تركيز غاز المركبات العضوية المتطايرة من خلال الأدوات والمعدات.
يتم استخدامه بشكل أساسي في مراقبة صناعة تكرير النفط، والمعالجة الطارئة لتسرب المواد الكيميائية الخطرة، وتحديد منطقة خطر التسرب، ومراقبة سلامة خزانات النفط ومحطات الوقود، ومراقبة انبعاث المواد العضوية وكفاءة التنقية.
5) مبدأ التوصيل الحراري:
يتم تحليل تركيز الغاز المقاس بشكل أساسي عن طريق قياس التغير في التوصيل الحراري للغاز المختلط. عادة، يتم تحويل اختلاف التوصيل الحراري لمستشعر غاز التوصيل الحراري إلى تغير المقاومة من خلال الدائرة. طريقة الكشف التقليدية هي إرسال الغاز المراد قياسه إلى غرفة الغاز، ويكون مركز غرفة الغاز عبارة عن الثرمستور، مثل الثرمستور أو سلك البلاتين أو سلك التنغستن، والذي يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة لتحويل التغير من التوصيل الحراري للغاز المختلط إلى تغير مقاومة الثرمستور، ويمكن قياس تغير المقاومة بسهولة ودقة.
6) مبدأ أشباه الموصلات:
يتم تصنيع مستشعر غاز أشباه الموصلات باستخدام تفاعل الأكسدة والاختزال للغاز على سطح أشباه الموصلات لتغيير قيمة مقاومة العنصر الحساس. عندما يتم تسخين جهاز أشباه الموصلات إلى حالة مستقرة، وعندما يلامس الغاز سطح أشباه الموصلات ويتم امتزازه، تنتشر الجزيئات الممتزة أولاً بحرية على سطح الجسم، وتفقد طاقة حركتها، وتتبخر بعض الجزيئات، بينما تتبخر الأخرى تتحلل الجزيئات المتبقية حرارياً ويتم امتصاصها على سطح الجسم. عندما تكون وظيفة عمل أشباه الموصلات أقل من ألفة الجزيئات الممتزة، فإن الجزيئات الممتزة ستأخذ الإلكترونات من الجهاز وتصبح امتصاص أيونات سالبة، ويشكل سطح أشباه الموصلات طبقة شحن.
