تجهیزات و سنسورهای سنجش گاز

تجهیزات و سنسورهای سنجش گاز

فرمت: PDF   تعداد صفحات: 40

فهرست:

1. دستگاه سنجش گازها

2. سنسور چیست؟

3. استفاده از موجودات زنده برای گازسنجی

4. دستگاه لامپ شعله دار ایمنی

5. کاغذهای شیمیایی

6. سنسورهای کاتالیستی

7. گازسنج شکست نوری

8. دستگاه پمپ مکنده دستی مجهز به تیوب اندازه گیری

9. دستگاه الکترونیکی مجهز به سنسورهای الکتروشیمیایی

10. تکنولوژی FI

11. تکنولوژی سنسور نیمه هادی Semi conductor

12. تکنولوژی سنسور thermal conductivity و thermal combustion

13. تکنولوژی سنسور مادون قرمز IR

14. گازسنج ها و کاربرد آنها

15. گازیاب های ثابت و قابل حمل

16. کالیبراسیون سنسور های گاز

17. اصول کاربرد لوازم ضد انفجار و طبقه بندی مناطق خطر

18. نکات مهم در اندازه گیری گازها

19. چند نکته ایمنی گازسنجی

گازهای متفاوت و خطرناکی در صنایع وجود دارد که نیازمند سنجش و ارزیابی است. در صورتیکه از تکنولوژی و دستگاه مناسب برای گارسنجی و نشت یابی استفاده شود، کاربران با اطمینان خاطر بیشتر، می توانند تصمیم درست را برای مقابله اتخاذ نمایند. به همین دلیل، در این فصل تکنولوژی های گازسنجی را ارائه و برخی از انواع گازسنج های رایج در کشور را معرفی می نماییم.

دستگاه سنجش گازها

سنسور چیست؟

سنسور (sensor) یعنی حس کننده، و از کلمه sense به معنی حس کردن گرفته شده و می تواند کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیر پیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. سنسورها در انواع دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک و نیمه اتوماتیک باشد. سنسورها بر اساس نوع و وظیفه ای که برای آنها تعریف شده اطلاعات را به سیستم کنترل کننده یا کاربر می فرستند و سیستم تصمیم یا کاربر می فرستند و سیستم تصمیم گیرنده بر طبق برنامه تعریف شده عمل می کند. در مورد گازسنجها هر ۳ سیستم اتوماتیک، نیمه اتوماتیک یا انسانی ساخته شده است.

در محیط زندگی ممکن است آلاینده ها و گازهای بسیاری وجود داشته باشد که در نهایت منجرب تخریب محیط زیست، باران های اسیدی، اثرات گلخانه ای، تخریب لایه ازن و مسمومیت های خطرناک در افراد شود. برای تشخیص این گازها و مواد شیمیایی به ابزاری نیاز است که بتوان آنها را تشخیص داد. با ظهور و تکامل تکنولوژی میکروالکترونیک در دهه 1970 سنسورهای جدید مورد توجه قرار گرفتند و سنسورهای مختلفی با قیمت ارزان و کاربرد آسان تولید شد. این سنسورهای با توجه به ویژگیها و مشخصه های منحصر به فرد خود، برای استفاده صحیح و بدون خطا نیازمند طراحی یک مدار ساده و دقیق با رعایت کامل نکات ایمنی برای مراقبت از سنسور و حفظ آن است، که در این بخش به آن می پردازیم.

سنسورهای آشکارساز مواد شیمیایی غلظت ذرات مخصوص (اتم ها، مولکول ها یا یون ها در گازها یا مایعات( را با استفاده از علامت الکتریکی ثبت می کنند. در مواردی که با تشخیص مواد بیولوژیکی ویژه سر و کار دارند، سنسورهای به کار برده شده به عنوان سنسورهای بیولوژیکی شناخته می شوند. سنسورهای بیولوژیکی اغلب یک طبقه جداگانه از سنسور آشکارساز مواد شیمیایی (یا به اختصار سنسور شیمیایی) تلقی می شوند. سنسورهای آشکارساز مواد شیمیایی خیلی متفاوت از سنسورهای فیزیکی هستند، اول اینکه، تعداد گونه های آشکارساز مواد شیمیایی که روی سنسور عمل می کنند معمولا خیلی بالا هستند. دوم اینکه، اکثر سنسور شیمیایی باید در مواجهه با ماده ای قرار گیرد که آن را اندازه گیری می کند و نمی تواند مثل مورد سنسورهای حرارتی بسته باشد. این بدان معنی است که آن در معرض عوامل نامطلوب از قبیل نور یا خوردگی قرار دارد.

تشخیص ذرات ویژه در بیشتر موارد مسئله اصلی نیست. چون تشخیص ذرات ویژه کاری است که می تواند با استفاده از روش های شیمی تجزیه ای، به عنوان مثال، با کمک طیف سنجهای جرمی، کروماتوگراف های گازی، با روشهای نوری یا مغناطیسی، انجام شود. در مقایسه با این روشهای که معمولا نیاز به وسایل گران قیمت و کار ناپیوسته دارد، نیاز مبرم به سنسورهای آشکارساز مواد شیمیایی وجود دارد با خواصی از قبیل:

• ساختمان کوچک، نیرومند و قابل اعتماد
• سازگاری میکروالکترونیکی
• قابلیت تجدید کردن
• پاسخ انتخابی و سریع
• بیشترین غیر وابستگی ممکن از پارامترهای محیطی
• قابلیت ساخت با استفاده از روش های میکروالکترونیکی قراردادی

این قابلیت ها بدین معنی است که رشته وسیعی از کاربردها وجود دارد. اندازه گیری نشرها و حفاظت محیط زیست، انداره گیری های ایمیسیون ها، جلوگیری از آتش و انفجارات اندازه گیری های فرآیندها (برای مثال در شیمی، در صنایع غذایی، بیوتکنولوژی) و صنایع پزشکی، تکنولوژی اتومبیل، وسایل خانگی و آب و فاضلاب نمونه مثال هایی از کاربرد تجهیزات اندازه گیری غلظت مواد شیمیایی می باشند.

میلیون ها مورد از سنسورهای آشکارساز مواد شیمیایی ساخته شده اند. متداول ترین این سنسورها سنسور SnO₂ تاگوچی برای آشکارسازی گازهای احیاء شونده است. سپس سنسورهای O₂ که بر پایه سنسورهای انتقال يون ZrO₂ قرار دارد، ساخته شدند. این پیشرفت علی رغم این حقیقت که مکانیسم های اساسی کارکرد سنسورهای آشکارساز مواد شیمیایی اغلب کاملا فهمیده شده اند، به وقوع پیوست.

در ادامه به بررسی انواع گازیاب ها که از گذشته تاکنون استفاده شده است می پردازیم:

1– استفاده از موجودات زنده برای گاز سنجی

اولین موارد استفاده از موجودات زنده برای تعیین وجود گازهای سمی، به استفاده از زندانیان محکوم به اعدام برای تعیین گاز سمی احتمالی در معادن برمی گردد. آنها با به خطر انداختن جان خود به عنوان یک داوطلب، شانس خود را برای آزادی امتحان می کردند. در انگلستان و فرانسه محکومین به اعدام با شرط اینکه اگر زنده بیرون بیایند آزاد خواهند شد، داوطلب ورود به معادن می شدند.

کارکنان پس از اطمینان از عدم وجود گاز سمی وارد معادن شده، و با خود پرنده هایی نظیر قناری را همراه می بردند تا در صورت نشت گاز سمی حین کار، قطع آواز پرنده و در نهایت مرگ پرنده آنها را از وجود گازهای سمی مطلع سازد.

گاز سنجی با موجودات زنده

شکل 1: گاز سنجی با موجودات زنده

2– دستگاه لامپ شعله دار ایمنی

این دستگاه در سال 1815 توسط هومفری داویا اختراع شد. دستگاه حاوی محفظه ای شیشه ای با شعله هوای آزاد بود. در صورتی که ارتفاع شعله بیشتر می شد به معنی افزایش گاز قابل اشتعال و در صورتی گاز ارتفاع شعله کمتر میشد به معنی کاهش میزان اکسیژن بود.

دستگاه لامپ شعله دار ایمنی

شکل 2: دستگاه لامپ شعله دار ایمنی

3- کاغذهای شیمیایی

این کاغذها که در دهه 1980 و 1990 استفاده می گردید به منظور تعیین منواکسید کربن در محل آلوده ساخته شد. در صورتی که این کاغذها به رنگ قهوه ای تغییر رنگ می دادند نشان دهنده وجود منواکسید کربن به عنوان یک گاز سمی در محل بود.

4- سنسورهای کاتالیستی

این سنسورها که در سالهای 1926-1927 توسط دکتر الیور جانسون اختراع شد که اکنون نیز با اندک تغییرات مورد استفاده قرار می گیرد. این سنسورها سالها برای گازسنجی از معادن ذغال سنگ مورد استفاده قرار می گرفت. مکانسیم این دستگاه بسیار ساده بود و از یک سیم پلاتینی استفاده می نمود. عکس دستگاه اولیه کاتالیستی را در شکل زیر مشاهده می نمایید.

اولین سنسور کاتالیستی ساخته شده توسط دکتر الیور جانسون

شکل 3: اولین سنسور کاتالیستی ساخته شده توسط دکتر الیور جانسون، از این نمونه فقط یک مورد برای نمایش عملکرد ساخته شد.

دومین نمونه سنسور کاتالیستی ساخته شده توسط دکتر الیور جانسون

شکل 4: دومین نمونه سنسور کاتالیستی ساخته شده توسط دکتر الیور جانسون، سمت راست: سنسور مورد استفاده، سمت چپ: دستگاه مورد استفاده

5- گازسنج شکست نوری

از این گازسنج در سال 1927 توسط دکتر ازومی دیو ساخته شد و سپس تحقیقات وی توسط دکتر زیرو سوجی ادامه یافت. در این دستگاه با استفاده از اصول فیزیک و شیمی، و بخصوص شکست تور کار می کرد. در صورت وجود بخارات هیدروکربنی، میزان شکست نور با توجه به غلظت مواد موجود تغییر کرده و بر روی یک خط کش مدرج نشان داده میشد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ دستگاه های اندازه گیری گازها

⇐ اندازه گیری گازها و بخارات قابل اشتعال

⇐ نکات مهم در گزارشات اندازه گیری گازها و بخارات