سنسور های تشخیص گاز CO و CO2

به نام خدا

سنسور های تشخیص گاز CO و CO2

1 )سنسور گاز CO

سنسور گاز CO  برای آشکار سازی گاز منوکسید کربن که گازی بی بو، بی رنگ و در عین حال سمی و کشنده است به کار برده میشود. در صورت انتشار این گاز در خانه یا محل کار، این سنسور افراد را از وجود این گاز سمی مطلع میکند. نصب حداقل یک دستگاه هشداردهنده گازCO  در خانه ضروری است. اولین کاری که در یک سنسور گاز منوکسید کربن انجام می شود شناسایی گاز CO در هوا میباشد. این کار توسط حسگر دستگاه انجام میشود. هر قدر شناسایی گاز CO با دقت بیشتری صورت گیرد، عملکرد دستگاه در تعیین زمان اعلام خطر نیز صحیح تر خواهد بود.

سنسور گاز co را میتوان به 3 دسته تقسیم کرد:

• سنسور بایومیمتیک

• سنسور نیمه هادی اکسید فلزی

• سنسور الکتروشیمیایی

• سنسور گاز CO بایومیمتیک (Biomimetic CO Sensor)

عملکرد این سنسور شبیه تاثیر گاز  COبر هموگلوبین خون و کبودی آن متناسب با مقدار گاز CO جذب شده در خون میباشد.در این حسگر یک صفحه از الیاف مصنوعی و شفاف و حساس به گاز CO، عمود بر مسیر پرتویی از نور مادون قرمز قرار گرفته است.با ورود گاز به داخل سنسور، این صفحه تیره و کدر شده و باعث کاهش مقدار پرتوی عبوری میشود. هرقدر غلظت گاز بیشتر شود، صفحه تیره تر گشته و پرتوی کمتری عبور میکند که مبنای اندازه گیری غلظت گاز CO در این سنسورها میباشد. مزیت این سنسورها، قیمت پایین و ناچیز بودن مقدار برق  مصرفی آن میباشد. اما عمر این نوع سنسورها در مقایسه با سایر سنسور ها کمتر میباشد.

• سنسور نیمه هادی اکسید فلزی

Metal Oxide Semiconductor CO Sensor

تکنولوژی به کار رفته در این حسگر بر پایه تأثیر گاز CO بر مقاومت الکتریکی یک قطعه نیمه هادی پایه اکسید فلزی میباشد.در این حسگر، یک صفحه نازک از نیمه هادی پایه دی اکسید قلع  (SnO₂)با استفاده از یک گرم کننده الکتریکی تا حدود 400 درجه سانتیگراد گرم میشود. در این حالت اکسیژن هوا موجب افزایش مقاومت الکتریکی نیمه هادی شده و حضور گاز CO مقاومت الکتریکی آن را کاهش میدهد که مبنای سنجش غلظت گاز CO در هوا میباشد. سنسورهای نیمه هادی دارای عمر کاری 5 تا 10 سال بوده و عکس العمل سریعی نسبت به گاز CO از خود نشان میدهند. ضمنا جریان الکتریکی مورد نیاز این حسگرها قابل توجه میباشد و وجود یک منبع برق دایمی مثل برق شهر ضروری است. این سنسورها نسبت به مواد شیمیایی متداول در خانه ها و همچنین بعضی گازها غیر از گاز CO، عکس العمل نشان داده که موجب بوق زدن غیر ضروری دستگاه میشود.

• حسگر گاز CO از نوع الکتروشیمیایی Electrochemical CO Sensor

در این نوع حسگر، دو الکترود از جنس  پلاتین در طرفین یک محیط الکترولیت که وظیفه انتقال یونها را به عهده دارد، قرار گرفته اند. الکترولیت معمولا از جنس اسید سولفوریک میباشد. گاز CO در مجاورت یکی از الکترودها با بخار آب موجود در هوا واکنش میدهد. نتیجه این اکسیداسیون، تبدیل گاز CO به گاز  CO2و ورود یونهای مثبت هیدروژن بداخل الکترولیت میباشد. این یونهای مثبت در مجاورت الکترود دیگر با اکسیژن هوا واکنش داده و مجددا تبدیل به بخار آب میگردند. واکنشهای صورت گرفته موجب ایجاد یک جریان الکتریکی بسیار ضعیف (در حدود 1 تا 40 نانو آمپر در ازای هر PPM غلظت گاز CO) در مدار بین دو الکترود میگردد که مبنای اندازه گیری غلظت گاز CO در این حسگرها میباشد.

مزایای حسگر الکتروشیمیایی در مقایسه با سایر انواع حسگرها را میتوان بصورت زیر تقسیم بندی نمود.

• دقت شناسایی غلظت گاز CO در حسگرهای الکتروشیمیایی به مراتب بیشتر از دیگر انواع حسگرها میباشد، بطوریکه خطای اندازه گیری معمولا در حدود 3 درصد و در مدلهای مرغوب در حدود یک درصد میباشد. لذا با نصب یک صفحه نمایش بر روی دستگاه مجهز به حسگر الکتروشیمیایی، نمایش غلظت گاز CO امکان پذیر میباشد.
• همچنین بین غلظت گاز CO و جریان الکتریکی دو سر حسگر، یک رابطه خطی وجود دارد که در تعریف عملکرد دستگاه مطابق استاندارد و تعیین زمان دقیق اعلام خطر بسیار اهمیت دارد.
• حسگر الکتروشیمیایی در شناسایی گاز CO بسیار سریع عمل میکند و پس از رفع گاز، زمان بازگشت حسگر به شرایط طبیعی بسیار کوتاه میباشد.
• طول عمر حسگر در بعضی از مدلهای موجود در بازار، بین 2 تا 5 سال میباشد که بعضا امکان تعویض حسگر بر روی دستگاه پیش بینی میشود. در مدلهای مرغوب، طول عمر حسگر 7 سال و یا بیشتر میباشد که بر روی دستگاه امکان تعویض حسگر وجود ندارد و با پایان یافتن عمر دستگاه، هشدار دهنده جدید باید تهیه گردد.

2) سنسور گاز CO2:

دی اکسید کربن یکی از گاز های مهم در چرخه حیات موجودات زنده است، اما انتشار بیش از حد  این گاز در محیط زیست اثرات مخربی را دارد از این گذشته گاز دی اکسید کربن اثراتی را نیز بر بدن موجودات زنده می گذارد. گاز کربن دی اکسید گازی بی رنگ و بی بو می باشد و تشخیص آن در محیط و همچنین تشخیص مسمومیت با آن نیز دشوار می باشد زیرا دارای علایم خاصی نمی باشد.

دی اکسید کربن یک ترکیب خفگی آور بوده و می تواند نیروی انقباضی را در قلب کاهش دهد.

از این رو تشخیص و اندازه گیری گاز co2 از اهمیت زیادی برخوردار است.

انواع سنسور های تشخیص CO2:

• سنسور های مادون قرمز غیرپاشنده (NDIR):

   

در این سنسور ها  مولکول های CO2 می توانند نور مادون قرمز را جذب کنند و یا باعث انحراف یا خمیده شدن آن گردند. میزان جذب نور مادون قرمز متناسب با غلظت گاز CO2 است . انرژی فوتون ها به قدری نیست باعث یونیزه شدن گردد وبنابراین قانون آشکار سازی خیلی متفاوت است با آن چیزی که در آشکار ساز های یونش عکاسی وجود دارد. و سرانجام انرژی تبدیل به انرژی جنبشی می شود، که باعث می شود تا مولکول ها سرعت یافته وسبب گرم شدن گاز شود . منابع نور مادون قرمز از خانواده لامپ های خانگی التهابی هستند. هر مولکول با توجه به باندی که در آن قرار دارد نور مادون قرمز را به خود جذب می کند. برای مثال CO2 طول موج 4.26um را خیلی خوب جذب می کند.

• سنسور های شیمیایی:

این سنسور ها عموما دارای یک لایه فعال پلیمری می باشند این لایه می تواند دی اکسید کربن را بر روی خود جذب کند این عمل موجب به وجود آمدن تغییراتی در مشخصات الکتریکی سنسور می شود که این تغییرات مبنای تشخیص گاز دی اکسید کربن می باشد.

این سنسور ها دارای حساسیت کمتری نسبت به سنسور های مادون قرمز می باشند.