اصل و کاربرد آشکارسازهای گازهای سمی و مضر

اصل و کاربرد آشکارسازهای گازهای سمی و مضر

اصل و کاربرد آشکارسازهای گاز سمی و مضر/ جزء کلیدی آشکارسازهای گاز، حسگرهای گاز هستند. سنسورهای گاز را می توان در اصل به سه دسته تقسیم کرد:

الف) حسگرهای گاز با استفاده از خواص فیزیکی و شیمیایی، مانند نوع نیمه هادی (کنترل سطح، کنترل حجم، نوع پتانسیل سطح)، نوع احتراق کاتالیزوری، نوع هدایت حرارتی جامد و غیره.

ب) حسگرهای گاز با استفاده از خواص فیزیکی، مانند هدایت حرارتی، تداخل نوری، جذب مادون قرمز و غیره.

ج) حسگرهای گاز با استفاده از خواص الکتروشیمیایی، مانند الکترولیز پتانسیل ثابت، باتری گاوانی، الکترود یون غشا، الکترولیت ثابت و غیره.

با توجه به خطرات، گازهای سمی و مضر را به دو دسته گازهای قابل احتراق و گازهای سمی تقسیم می کنیم. با توجه به خواص و خطرات مختلف آنها، روش های تشخیص آنها نیز متفاوت است.

گاز قابل احتراق رایج ترین گاز خطرناکی است که در محیط های صنعتی مانند صنایع پتروشیمی با آن مواجه می شود. عمدتاً از گازهای آلی مانند آلکان ها و گازهای معدنی خاصی مانند مونوکسید کربن تشکیل شده است. انفجار گازهای قابل احتراق باید دارای شرایط خاصی باشد، یعنی غلظت معینی از گازهای قابل احتراق، مقدار مشخصی اکسیژن و حرارت کافی برای مشتعل شدن منبع احتراق آنها. اینها سه عنصر ضروری انفجار هستند و هیچ کدام ضروری نیستند. به عبارت دیگر عدم وجود هر یک از این شرایط باعث آتش سوزی یا انفجار نخواهد شد.

هنگامی که گازهای قابل احتراق (بخار، غبار) و اکسیژن با هم مخلوط می شوند و به غلظت معینی می رسند، هنگام مواجهه با منبع آتش با دمای معین، انفجار رخ می دهد. غلظت گاز قابل احتراق را که هنگام برخورد با منبع آتش منفجر می شود، حد غلظت انفجار می نامیم که به آن حد اشتعال اطلاق می شود که به طور کلی بر حسب درصد بیان می شود.

در کار ما، آشکارسازهایی که این گازها را با استفاده از LEL اندازه گیری می کنند، معمولاً به عنوان آشکارسازهای احتراق کاتالیستی استفاده می شوند. اصل آن یک پل دوگانه (که معمولاً به آن پل وتستون گفته می شود) واحد تشخیص است. یکی از این پل های سیمی پلاتینی با مواد احتراق کاتالیزوری پوشیده شده است. تا زمانی که هر گاز قابل اشتعال توسط الکترود قابل احتراق باشد، مقاومت پل سیمی پلاتین به دلیل تغییرات دما تغییر می کند. این تغییر مقاومت متناسب با غلظت گاز قابل احتراق است. غلظت گاز قابل احتراق را می توان از طریق سیستم مدار دستگاه و ریزپردازنده محاسبه کرد. آشکارسازهای VOL هدایت حرارتی که به طور مستقیم غلظت حجمی گازهای قابل احتراق را اندازه گیری می کنند نیز در بازار یافت می شوند و در حال حاضر آشکارسازهایی وجود دارند که LEL/VOL را ترکیب می کنند. آشکارساز قابل احتراق VOL به ویژه برای اندازه گیری غلظت حجم (VOL) گازهای قابل احتراق در محیط های هیپوکسیک (کمبود اکسیژن) مناسب است.

گازهای سمی می توانند هم در مواد خام تولیدی مانند اکثر مواد شیمیایی آلی (VOC) و هم در محصولات فرعی در مراحل مختلف فرآیند تولید مانند آمونیاک، مونوکسید کربن، سولفید هیدروژن و غیره وجود داشته باشند. آنها خطرناک ترین عوامل برای کارگران هستند. این نوع آسیب نه تنها شامل آسیب های فوری مانند ناراحتی جسمی، بیماری، مرگ و غیره می شود، بلکه آسیب های طولانی مدت به بدن انسان مانند ناتوانی، سرطان و غیره را نیز شامل می شود که تشخیص این گازهای سمی و مضر می باشد. موضوعی که کشورهای در حال توسعه باید توجه کافی به آن داشته باشند.

در حال حاضر، ما بیشترین استفاده را از حسگرهای گاز تخصصی برای تشخیص گازهای سمی خاص داریم. این می تواند شامل تمام حسگرهای گاز ذکر شده در بالا و همچنین آشکارساز فوتیونیزاسیون توصیف شده در دو فصل قبل باشد. در این میان، رایج ترین روش برای تشخیص گازهای معدنی، با فناوری نسبتاً بالغ و بهترین شاخص های جامع، روش الکترولیز پتانسیل ثابت است که به سنسورهای الکتروشیمیایی نیز معروف است.

سنسور الکتروشیمیایی از دو الکترود واکنش تشکیل شده است - الکترود کار، الکترود ضد و یک الکترود مرجع - که در یک الکترولیت خاص قرار می‌گیرند (همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است)، و سپس ولتاژ کافی بین الکترودهای واکنش اعمال می‌شود تا ردوکس را فعال کند. از طریق گاز مورد اندازه گیری که با یک فیلم کاتالیزور فلز سنگین پوشانده شده است انجام می شود و سپس جریان تولید شده در طول الکترولیز گاز از طریق سیستم مدار موجود در دستگاه اندازه گیری می شود، سپس ریزپردازنده داخل غلظت گاز را محاسبه می کند.

در حال حاضر حسگرهای الکتروشیمیایی که می توانند گازهای خاص را تشخیص دهند عبارتند از مونوکسید کربن، سولفید هیدروژن، دی اکسید گوگرد، اکسید نیتریک، دی اکسید نیتروژن، آمونیاک، کلر، اسید سیانوریک، اکسید اتیلن، کلرید هیدروژن و غیره.

برای تشخیص آشکارساز VOC می توان از آشکارساز فوتیونیزاسیون معرفی شده در فصل قبل استفاده کرد. اکسیژن نیز عاملی است که در محیط های صنعتی به ویژه در محیط های بسته توجه زیادی را می طلبد. به طور کلی، زمانی که میزان اکسیژن از 23.5 درصد بیشتر شود، به آن اکسیژن بیش از حد (اکسیژن غنی شده) گفته می شود که به راحتی می تواند منجر به خطر انفجار شود. هنگامی که میزان اکسیژن کمتر از 19.5 درصد باشد، نشان دهنده کمبود اکسیژن (هیپوکسی) است که به راحتی می تواند منجر به خفگی، کما و حتی مرگ در بین کارگران شود. میزان طبیعی اکسیژن باید حدود 20.9 درصد باشد. آشکارسازهای اکسیژن نیز نوعی حسگر الکتروشیمیایی هستند.