في مقال واحد - عن تصنيف ومبادئ تشغيل أجهزة استشعار الغاز 

1. مستشعر الاحتراق الحفاز

يعد مستشعر الاحتراق الحفاز حاليًا أكثر أجهزة استشعار الغاز القابلة للاحتراق شيوعًا ومنخفضة التكلفة. يوجد بداخلها زوج من "الكرات" الصغيرة المصنوعة من سلك حلزوني من البلاتين ومغطى بقاعدة من السيراميك. إحداها هي "الكرة" الحساسة، وهي عنصر كاشف؛ سطحه مغطى بطبقة من المحفز الذي يتفاعل مع جميع الغازات القابلة للاشتعال الموجودة. والآخر عبارة عن "كرة" خاملة لا تتفاعل مع أي غاز وتعمل فقط كعنصر تعويض للتغيرات في درجة الحرارة الخارجية أو الرطوبة.

أثناء التشغيل العادي، يتم تسخين حلزون سلك البلاتين بواسطة التيار الكهربائي إلى درجة حرارة عالية تتراوح بين 450 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية. عند ملامسة غاز قابل للاشتعال، يحدث تفاعل احتراق تحفيزي على سطح عنصر الكاشف، وترتفع درجة الحرارة، وتزداد مقاومة سلك البلاتين بالداخل وفقًا لذلك. باستخدام جسر ويتستون، يمكن قياس التغير في مقاومة عنصر الكشف بدقة وبالتالي يمكن حساب تركيز الغاز المكتشف.

2. مستشعر غاز أشباه الموصلات

غالبًا ما يستخدم مستشعر غاز أشباه الموصلات للكشف عن الغازات القابلة للاشتعال والسامة بتركيزات منخفضة. عنصر استشعار الغاز الخاص به عبارة عن فيلم أكسيد معدني مترسب على رقاقة السيليكون. عندما يتلامس الغاز المكتشف مع أكسيد المعدن، يتم امتصاص الغاز على سطحه، مما يسبب تغيرًا في مقاومة أكسيد المعدن، ويرتبط هذا التغير في المقاومة بتغير تركيز الغاز. عادةً، يتم تسخين سطح مستشعر أشباه الموصلات إلى درجة حرارة ثابتة تتراوح بين 200 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية لزيادة معدل الاستجابة وتقليل تأثير التغيرات في درجة الحرارة المحيطة.

3. مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء

يستخدم مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي للكشف عن الغازات القابلة للاشتعال وثاني أكسيد الكربون. بالمقارنة مع مستشعر الاحتراق الحفاز، فهو يتميز بمزايا الاستقرار الأفضل والدقة العالية ومناعة الضوضاء العالية وعدم التسمم ومناسب لظروف التشغيل القاسية وانخفاض الصيانة وعمر الخدمة الطويل. يعتبر بشكل عام منتجًا متطورًا للكشف عن الغازات القابلة للاشتعال. نظرًا لعامل السعر، فإن استخدامه ليس منتشرًا على نطاق واسع مثل مستشعر الاحتراق الحفاز، ومع ذلك، مع التقدم المستمر والتحسين في تقنيات إنتاج مستشعرات الأشعة تحت الحمراء، فإن فرق السعر بينهما يضيق. الاتجاه الحالي هو استبدال أجهزة استشعار الاحتراق الحفاز تدريجيًا بأجهزة استشعار غاز الأشعة تحت الحمراء وتحديث المنتجات بسرعة. أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء الشائعة تأتي في نوعين: قناة بصرية نقطية ومفتوحة.

يتكون مستشعر الغاز النقطي بالأشعة تحت الحمراء من مصدر الأشعة تحت الحمراء وعدسة تركيز بصرية وخلية أخذ عينات غاز وجهاز استشعار كهربائي حراري. عندما يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من مصدر الأشعة تحت الحمراء عبر خلية أخذ عينات الغاز، يتم امتصاص الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي المحدد بواسطة غاز الكشف الموجود في الخلية. ومن خلال مقارنة شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء الممتص مع شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء المرجعي، يمكن الحصول على تركيز الغاز المكتشف.

يتكون مستشعر الغاز بالأشعة تحت الحمراء للقناة البصرية المفتوحة من وحدات إرسال واستقبال ويجب تثبيتها في أزواج. ترسل وحدة الإرسال شعاع الأشعة تحت الحمراء إلى وحدة الاستقبال. في وجود الغاز المكتشف، يمتص الغاز الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي المحدد في شعاع الضوء. ومن خلال مقارنة شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء الممتص في وحدة الاستقبال مع شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء المرجعي، يمكن تحديد تركيز الغاز المكتشف. وحدة قياس كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء ذات المسار البصري المفتوح هي LEL m، وهو إجمالي تركيز الغاز في المسار البصري مضروبًا في المسافة.

4. جهاز استشعار التأين الضوئي للغاز

مستشعر غاز التأين الضوئي قادر على اكتشاف تركيزات المركبات العضوية المتطايرة والغازات السامة الأخرى بمستويات منخفضة للغاية (أجزاء في المليون وحتى أجزاء في المليار من التركيزات). يستخدم مستشعر غاز التأين الضوئي مبدأ تأين الغاز بالضوء للكشف عن الغازات. ويستخدم مصدر ضوء فوق بنفسجي لتحليل المواد العضوية إلى أيونات موجبة وسالبة يكتشفها الجهاز. يسجل الكاشف شحنة الغاز المتأين ويحولها إلى إشارة حالية. بعد تضخيم ومعالجة التيار، يتم عرض قيمة تركيز الغاز بالأجزاء لكل مليون. بعد الكشف، يتم تقليل الأيونات مرة أخرى إلى الغاز أو البخار الأصلي. مستشعر التأين الضوئي هو مستشعر غير مدمر، فهو لا "يحرق" أو يغير الغاز المكتشف لفترة طويلة، لذلك يمكن جمع الغاز بعد اكتشافه بواسطة مستشعر التأين الضوئي لإجراء المزيد من القياسات.

5. مستشعر الغاز الكهروكيميائي

يحتل مستشعر الغاز الكهروكيميائي مكانًا لا غنى عنه في الكشف عن الغازات السامة والضارة. يتكون مستشعر الغاز الكهروكيميائي من إلكتروليت وأقطاب كهربائية ومرشح. من خلال اختيار مواد الجهد والكهارل والقطب المناسب، يتفاعل الغاز المكتشف كيميائيًا على سطح القطب ويولد تيارًا صغيرًا يتناسب حجمه مع تركيز الغاز. ومن خلال تحليل ومعالجة هذا التيار يمكن الحصول على تركيز الغاز المكتشف.