سنسورهای تشخیص گازهای سمی

سنسورهای تشخیص گازهای سمی

فرمت: pdf   تعداد صفحات: 9

در این بخش سنسورهایی که برای اندازه ۵-۳ پارامتر (LEL, O₂، گازهای سمی) کاربرد دارند بحث می شوند. گازهای سمی قابل اندازه گیری توسط این سنسورها عمدتاً شامل CO،  H₂S و کلر هستند سنسورهای گازهای سمی برای مواد مختلف در دسترس اند با این حال، علاوه بر موارد فوق آمونیاک، دی اکسید گوگرد ، کلرید هیدروژن سیانید هیدروژن، دی اکسید نیتروژن و چندگاز دیگر از جمله معمول ترین گازهای قابل اندازه گیری توسط این دتکتورها هستند معمول ترین واحدهای تجاری گازسنج های سمی چهار پارامتر  O₂, ELE ,CO و H2S را به صورت مستقیم اندازه گیری کنند که بر اساس استاندارد محیط های محصور سازمان OSHA استوار است.

این سازمان الزام کرده که پیش از ورود به یک محیط محصور این پارامترها اندازه گیری شوند. برخی از تیم های پاسخ در حوادث شیمیایی مشخص فقط از یک نوع سنسور سمی استفاده می کنند شکل (1) که مزیت اصلی آن کوچک بودن وسیله است.

شکل 1: سنسور تک گاز سمی

این وسایل نسبتاً ارزان قیمت هستند اما طبعا ایراد اصلی آنها هم این است که فقط یک گاز را اندازه گیری می کنند. این وسایل تک سنسوره دارای استفاده های صنعتی بوده و بهتر است در شرایط اضطراری از سنسورهای چندگازه استفاده شود. برخی از تیم های پاسخ اضطراری از سنسورهای چهار یا پنج گازه گازهای سمی استفاده می کنند. این تصمیم ممکن است اقتصادی نباشد چرا که هزینه نگهداری و کالیبراسیون این سنسورها بالا است. برای سایر گازهایی که کمتر معمول هستند بهتر است از دتکتور تیوب استفاده شود. در مقایسه با سنسورهای گازسنج لوله های رنگ سنجی دارای هزینه های بسیار کمتری هستند لوله های رنگ سنجی حدود ۲ سال عمر مفید دارند. قیمت لوله های رنگ سنجی حدود 1.3 سنسورهای گازهای سمی است. متوسط هزینه سنسور CO یا H2S حدود ۱۵۰ دلار است اما قیمت سنسور کلر یا آمونیاک حدود ۴۰۰ تا ۵۰۰ دلار است. این سنسورها معمولاً کمتر از یک سال عمر کرده و گاز کالیبره کننده آنها ۳۰۰ تا ۴۰۰ دلار قیمت داشته و عمر آن هم حدود ۶ ماه است. صنایعی که دارای یک یا چند گاز مشخص سمی هستند هم می توانند از سنسورهای اختصاصی همان گازها استفاده کرده و از خریداری پکیج سنسورها خودداری کنند. برای تیم هایی که به صورت متناوب به نشت های کلر یا آمونیاک پاسخ میدهند و فقط می توانند یک واحد گازسنجی خریداری کنند توصیه می شود که فقط برای گاز مربوطه سنسور خریداری کنند.

تکنولوژی تشخیص گازهای سمی

بیشتر سنسورهای گازهای سمی شکل (2) سنسورهای الکتروشیمیایی هستند که تا حدی شبیه به سنسورهای اکسیژن عمل می کنند الکترولیت درون سنسور با گاز سمی اختصاصی وارد واکنش می شود. الکترولیت یک محلول خورنده است که اسید و یا باز است اما اغلب از اسیدهای غیر آلی قوی استفاده می شود. الکترودها به گونه ای در درون الکترولیت جای داده شده اند که با ورود گاز سمی به درون سنسور واکنش شیمیایی تولید شده و جریان الکتریسیته ایجاد می گردد که این جریان توسط الکترودها قرائت می شود سه الکترود در درون سنسور فعالیت الکتریکی درون آن را اندازه گیری می کنند گاز هدف یک واکنش شیمیایی ایجاد می کند که سبب بروز تغییر در فعالیت الکتریکی شده و توسط الکترودها تشخیص داده می شود در درون سنسورها یک ممبران انتشاری هم تعبیه شده است که کارش این است که فقط گاز هدف را از خلال خودش عبور داده و جلوی عبور گازهای مزاحم و تداخل کننده را می گیرد. البته  این فیلترهای درونی در غلظت های پایین کارا بوده و در غلظت های بالا عوامل مزاحم کارایی خودشان را از دست می دهند. برخلاف پشم سرب، سنسورهای اکسیژن که به اکسید سرب تبدیل شده و نهایتا سنسور را از کار می اندازند الکترود سوم تعبیه شده در سنسورهای گازهای سمی باعث احیای فرایند شیمیایی می شود.

شکل 2: سنسورهای گازهای سمی

به دلیل برخی مشکلات مربوط به سنسورهای گازهای سمی باید به شیمی مواد خطرناک و جدول تناوبی بازگردیم که نقش مهمی در مدیریت مواد خطرناک دارد جدول تناوبی تشکیل شده از ستونهای عمودی خانواده های شیمیایی که اعضای آن دارای خواص مشابهی هستند. برای مثال کلر به خانواده هالوژنها تعلق دارد خانواده هالوژن ها دارای عناصر دیگری مثل فلوئور (گاز)، برم (مایع با فشار بخار بالا)، يد (جامد) با فشار بخار بالا) و آستاتین (جامد) است. هر کدام از این مواد دارای خواص مشابهی هستند اگر چه سنسور نمی تواند تفاوت بین این مواد را تشخیص دهد اما با این مواد واکنش داده و قرائتی ارایه میدهد. پاسخ دهندگانی که نمی دانند چه چیزی را اندازه گیری می کنند در این موارد دچار مشکل می شوند. مشکل دیگر این است که سایر مواد هم می توانند با عملکرد سنسورها تداخل کنند. گازهای مداخله گر که در جدول زیر فهرست شده اند عوامل مزاحم در اندازه گیری CO و H₂S را نشان می دهند.

جدول ۱: گازهای مداخله گر برای CO و H₂S

بیشتر سنسورهای CO/H₂S طوری فیلتر یا ساخته می شوند که تداخلات را حذف نمایند اما برخی هم این قابلیت را ندارند. در حال حاضر یک فیلتر زغالی ساده بر روی سنسور می تواند اثر بسیار جدی بر صحت قرائت داشته باشد. در برخی موارد غلظت های بالای گازهای قابل اشتعال می توانند سنسورهای CO, H₂S را در خود غرق کرده و قرائت اشتباهی را به پاسخ دهنده ارایه دهد. این حالت بیشتر در موارد غلظت بالای ۴۰ درصد LEL مشاهده می شود. پیش از خریدن سنسورها بهتر است این مشخصات به طور کامل بررسی شوند. سنسورهای CO و H₂S نباید با مایعات قابل اشتعالی مثل استون مواجهه داده شوند اگر یک یا هر دوی سنسورهای گازهای سمی با استون واکنش دهند به خوبی فیلتر نشده و باید دستگاه دیگری را برای کار در نظر گرفت. سنسورهای گازهای سمی و سنسورهای اکسیژن، هر کدام دارای عمر مشخص خودشان هستند که ممکن است بین ۱۲ تا ۱۸ ماه متفاوت باشند. طول عمر آنها به نوع اتمسفر استفاده شونده، بستگی دارد سنسورها دارای حداکثر میزان حد مواجهه هستند که عبور از این مقدار مشخص شده می تواند سبب مرگ سنسور شود. معمولا غلظت های کم در دوره طولانی مدت اثرات زیادی بر طول عمر سنسورها ندارند بلکه این مواجهات شدید است که عمر سنسورها را می کاهد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ تجهیزات و سنسورهای سنجش گاز

⇐ پایش و تعیین سطح اکسیژن در شرایط اضطراری

⇐ مروری بر حسگری گازهای قابل اشتعال و انفجاری

⇐ کاربرد نانو حسگرها در بهداشت حرفه ای