طبق استاندارد ملی GB7665-87، سنسور دستگاه یا وسیلهای است که میتواند کمیت اندازهگیری شده مشخصی را حس کرده و آن را به یک سیگنال خروجی قابل استفاده تبدیل کند. سنسورهای گاز، به عنوان یک شاخه مهم، به طور خاص به دستگاههایی اطلاق میشوند که اجزا و غلظت گاز را تشخیص میدهند. طبقهبندی بر اساس هدف تشخیص است و مستقل از روش تشخیص میباشد. لازم به ذکر است که سنسورهای جریان گاز در این دسته قرار نمیگیرند، اما آنالایزرهای گاز هدایت حرارتی، به دلیل عملکرد اصلی آنها که تشخیص گاز است، همچنان جزو سنسورهای گاز محسوب میشوند.
از دهه 1970، سنسورهای گاز به یک سیستم اصلی در زمینه سنسورها تبدیل شدهاند و متعلق به سنسورهای شیمیایی هستند. در حال حاضر، سنسورهای گاز رایج در بازار به 7 دسته تقسیم میشوند که دارای ویژگیهای اصلی زیر هستند:
1. سنسورهای گاز نیمههادی
اصل اساسی استفاده از این ویژگی است که هدایت الکتریکی مواد نیمههادی اکسید فلزی با اجزای گاز محیط در دمای خاص تغییر میکند. یک مثال معمول سنسور الکل است که با استفاده از این ویژگی که مقاومت دیاکسید قلع هنگام برخورد با الکل به شدت کاهش مییابد، تهیه میشود.
آنها کاربردهای گستردهای دارند، میتوانند گازهای مختلفی مانند متان، الکل و مونوکسید کربن را تشخیص دهند و برای تشخیصهای غیرنظامی و صنعتی مناسب هستند. مزیت آن هزینه کم است. معایب آن پایداری ضعیف، گزینشپذیری ضعیف و پارامترهای خروجی نادرست است که برای سناریوهای اندازهگیری با دقت بالا مناسب نیستند.
این سنسور در ژاپن اختراع شده است و تامینکنندگان اصلی آن ژاپن، چین و کره جنوبی هستند. ایالات متحده هنوز جریان اصلی نیست. محصولات داخلی، به دلیل عوامل سیاست و اطلاعات اولیه، عملکرد ضعیفتری نسبت به ژاپن دارند. انتظار میرود که آنها در آینده از طریق بازار و سرمایه خصوصی به پیشرفتهایی دست یابند.
2. سنسورهای گاز احتراق کاتالیزوری
ساختار اصلی تهیه یک لایه کاتالیزور بر روی سطح یک مقاومت پلاتینی است و گازهای قابل اشتعال بر روی سطح آن از طریق احتراق کاتالیزوری، باعث تغییر مقاومت با غلظت میشوند و در نتیجه غلظت گاز را تشخیص میدهند.
مزیت آن اندازهگیری دقیق، پاسخ سریع، عمر طولانی و ارتباط مستقیم با خطرات انفجار محیطی است. آنها در زمینه تشخیص ایمنی غالب هستند و عمدتاً گازهای قابل اشتعال را تشخیص میدهند.
عیب آن این است که در محدوده گازهای قابل اشتعال گزینشپذیری وجود ندارد و هنگام کار با جرقه خطر انفجار وجود دارد و مستعد مسمومیت توسط عناصر بخار آلی هستند.
این اختراع توسط انگلستان انجام شده است و تامینکنندگان اصلی آن چین، ژاپن و انگلستان هستند. چین بزرگترین مصرفکننده است و فناوری تولید را در اختیار دارد و پایگاه اصلی تولید برای این نوع سنسور است.
3. سنسورهای گاز سلول هدایت حرارتی
بر اساس ویژگی هدایت حرارتی گاز، آنها میتوانند اجزای گاز با تفاوتهای قابل توجه در هدایت حرارتی را تشخیص دهند و جزو محصولات قدیمی محسوب میشوند. آنها عمدتاً برای تشخیص هیدروژن، دیاکسید کربن و متان با غلظت بالا استفاده میشوند و دامنه کاربرد محدودی دارند.
تولیدکنندگانی در سراسر جهان وجود دارند و کیفیت محصول تفاوت کمی دارد و موانع فنی قابل توجهی وجود ندارد.
4. سنسورهای گاز الکتروشیمیایی
آنها از طریق فعالیت الکتروشیمیایی گازهای قابل اشتعال و سمی تشخیص میدهند. آنها به 4 نوع تقسیم میشوند:
- نوع سلول گالوانیکی: اصل آن شبیه به باتری خشک است و میتواند گازهایی مانند اکسیژن و دیاکسید گوگرد را تشخیص دهد؛
- نوع سلول الکترولیتی با پتانسیل ثابت: برای هدایت واکنش به جریان اجباری نیاز دارد و جریان اصلی برای تشخیص گازهای سمی است و قادر به تشخیص مونوکسید کربن و سولفید هیدروژن و غیره است؛
- نوع سلول اختلاف غلظت: از اختلاف پتانسیل الکتریکی گازها برای تشخیص غلظت استفاده میکند و در سنسورهای اکسیژن خودرو و غیره کاربرد دارد؛
- نوع جریان حدی: برای تشخیص اکسیژن استفاده میشود و تامینکنندگان در آلمان، ژاپن و ایالات متحده متمرکز هستند، در حالی که چین زودترین شروعکننده بوده اما در صنعتیسازی عقب مانده است.
5. سنسورهای گاز مادون قرمز
آنها نوع و غلظت گازها را با تشخیص پیکهای جذب مشخصه مادون قرمز در گاز تعیین میکنند و از طریق فناوری MEMS کوچکسازی شدهاند، بدون قطعات مکانیکی و بدون نیاز به نگهداری.
آنها عمدتاً برای تشخیص دیاکسید کربن و متان استفاده میشوند و تامینکنندگان در اروپا متمرکز هستند. هنوز در این زمینه در چین شکاف وجود دارد.
6. سنسورهای اکسیژن مغناطیسی
آنها با استفاده از این ویژگی که اکسیژن توسط میدان مغناطیسی قوی جذب میشود، تهیه میشوند و فقط اکسیژن را تشخیص میدهند، با گزینشپذیری قوی و حداقل تداخل.
این یک محصول صنعتی قدیمی است و تولیدکنندگانی در سراسر جهان دارد. در سالهای اخیر، به تدریج به شکل سنسور خالص تکامل یافته است.
7. انواع دیگر سنسورهای گاز
آشکارسازهای PID به دلیل اینکه بدون نگهداری قابل نگهداری نیستند، بیشتر مناسب طبقهبندی به عنوان ابزارهای تشخیص هستند؛ سنسورهای فیبر نوری به سرعت توسعه یافتهاند و پتانسیل زیادی دارند. لازم به ذکر است که برخی از تجار عملکرد را اغراق میکنند و طبقهبندیها را گیج میکنند که برای انتخاب کاربر مساعد نیست.
