Išsamiai paaiškinkite dujų detektorių aptikimo principą
Dujų detektorius yra prietaisas, specialiai sukurtas saugiai dujų koncentracijai nustatyti. Jo veikimo principas daugiausia susijęs su fizinių ar cheminių neelektrinių signalų, kuriuos surinko dujų jutikliai, pavertimas elektriniais signalais, o vėliau minėtų elektrinių signalų ištaisymas ir filtravimas per išorines grandines. Tada apdoroti signalai valdomi atitinkamais moduliais, kad būtų galima aptikti dujas. Tačiau dujų detektoriaus šerdis yra įmontuotas jutiklio komponentas, kuris išskiria aptikimo technologijos principus, pagrįstus skirtingomis aptiktomis dujomis. Jo principai daugiausia suskirstyti į šias šešias kategorijas:
1) Katalizinio degimo principas:
Katalizinio degimo jutiklis naudoja katalizinio degimo šiluminio efekto principą, kurį sudaro matavimo tiltelis, sudarytas sujungiant aptikimo elementus ir kompensavimo elementus. Esant tam tikroms temperatūros sąlygoms, degiosios dujos be liepsnos dega aptikimo elemento nešiklio paviršiuje ir veikiant katalizatoriui. Nešiklio temperatūra didėja, o platinos laido varža jame taip pat atitinkamai padidėja, todėl pusiausvyros tiltelis praranda pusiausvyrą ir išveda elektrinį signalą, proporcingą degiųjų dujų koncentracijai. Matuojant platinos vielos varžos pokyčio dydį, galima nustatyti degiųjų dujų koncentraciją.
Daugiausia naudojamas degiosioms dujoms aptikti, turi gerą išėjimo signalo tiesiškumą, patikimą indeksą, prieinamą kainą ir nėra kryžminio užkrėtimo kitomis nedegiomis dujomis.
2) Infraraudonųjų spindulių principas:
Infraraudonųjų spindulių jutiklis nuolat praleidžia matuojamas dujas per tam tikro ilgio ir tūrio talpyklą ir skleidžia infraraudonųjų spindulių spindulį iš vieno iš dviejų skaidrių talpyklos galinių paviršių. Kai infraraudonųjų spindulių jutiklio bangos ilgis sutampa su išmatuojamų dujų sugerties spektru, infraraudonųjų spindulių energija absorbuojama, o infraraudonųjų spindulių šviesos, praeinančios per matuojamas dujas, intensyvumo slopinimas atitinka Lamberto Beerio dėsnį. Kuo didesnė dujų koncentracija, tuo didesnis šviesos susilpnėjimas. Šiuo metu infraraudonųjų spindulių sugertis yra tiesiogiai proporcinga sugeriančios medžiagos koncentracijai, todėl dujų koncentraciją galima išmatuoti matuojant infraraudonosios šviesos slopinimą dujomis.
Ilgas tarnavimo laikas (3–5 metų tarnavimo laikas), didelis jautrumas, geras stabilumas ir nėra toksiškumo, mažiau trukdo aplinkai ir nėra priklausomybės nuo deguonies. Infraraudonųjų spindulių dujų jutikliai turi didelį stebėjimo jautrumą ir gali tiksliai atskirti net nedidelius PPB kiekius arba mažas PPM klasės dujų koncentracijas. Matavimo diapazonas yra platus ir paprastai gali analizuoti didelės koncentracijos 100 procentų VOL dujas, taip pat analizuoti 1ppb lygio mažos koncentracijos analizę.
3) Elektrocheminiai principai:
Elektrocheminiai jutikliai paprastai susideda iš trijų dalių: elektrodų, elektrolitų ir puslaidininkinių elektrodų, kurie yra pagrindiniai jutiklio komponentai. Jie pagaminti iš metalo arba puslaidininkinių medžiagų ir gali chemiškai reaguoti su dujų molekulėmis. Elektrolitas yra laidus skystis, galintis sujungti elektrodus su puslaidininkiais ir sudaryti visą grandinę. Puslaidininkis yra speciali medžiaga, kuri gali konvertuoti srovės signalą tarp elektrodo ir elektrolito į skaitmeninį signalą, taip aptikdama dujų koncentraciją.
Elektrocheminių dujų jutiklių veikimo principas pagrįstas redokso reakcijomis. Kai dujų molekulės liečiasi su elektrodo paviršiumi, jose vyksta oksidacijos-redukcijos reakcija, generuojant srovės signalą. Šis srovės signalas gali būti perduodamas į puslaidininkį per elektrolitą ir paverčiamas skaitmeniniu signalu. Skaitmeninio signalo dydis yra tiesiogiai proporcingas dujų koncentracijai, todėl dujų koncentraciją galima nustatyti išmatuojant skaitmeninio signalo dydį.
Daugiausia naudojamas toksiškoms dujoms aptikti, pasižymi dideliu jautrumu, greitu atsaku, geru patikimumu ir ilgu tarnavimo laiku. Jis gali aptikti įvairias dujas, tokias kaip anglies monoksidas, anglies dioksidas, deguonis, azotas ir kt. Jis plačiai naudojamas pramonės, sveikatos priežiūros, aplinkos apsaugos ir kitose srityse.
4) PID fotojonizacijos principas:
PID principas yra tas, kad organinės dujos jonizuojasi sužadinant UV šviesos šaltinį. PID naudoja UV (ultravioletinę) lempą, o organinės medžiagos jonizuojasi veikiant UV lempai. Jonizuoti „fragmentai“ turi teigiamus ir neigiamus krūvius, todėl tarp dviejų elektrodų susidaro elektros srovė. Detektorius sustiprina srovę ir per prietaisus ir įrangą rodo LOJ dujų koncentraciją.
Daugiausia naudojamas rafinavimo pramonės stebėjimui, pavojingų cheminių medžiagų nuotėkių avariniam valdymui, pavojingų nuotėkio zonų nustatymui, naftos cisternų stočių saugos stebėjimui ir organinių medžiagų išmetimo valymo efektyvumo stebėjimui.
5) Šilumos laidumo principas:
Išmatuotų dujų koncentracijos analizė daugiausia pasiekiama matuojant sumaišytų dujų šilumos laidumo pokytį. Paprastai dujų jutiklio šilumos laidumo skirtumas paverčiamas varžos pokyčiu per grandinę. Tradicinis aptikimo metodas yra bandomų dujų siuntimas į dujų kamerą, kur dujų kameros centras yra termojautrumas elementas, pvz., termiškai jautrus rezistorius, platinos viela arba volframo viela. Kaitinant iki tam tikros temperatūros, mišrių dujų šilumos laidumo pokytis paverčiamas termiškai jautraus elemento varžos pokyčiu. Atsparumo vertės pokytį gana lengva tiksliai išmatuoti.
6) Puslaidininkių principai:
Puslaidininkiniai dujų jutikliai gaminami panaudojant dujų oksidacijos-redukcijos reakciją puslaidininkių paviršiuje, kad pasikeistų jautrių komponentų varžos vertė. Kai puslaidininkinis įtaisas kaitinamas iki stabilios būsenos ir yra adsorbuojamas dujoms kontaktuojant su puslaidininkio paviršiumi, adsorbuotos molekulės pirmiausia laisvai difunduoja objekto paviršiuje, prarasdamos savo kinetinę energiją. Kai kurios molekulės išgaruoja, o likusios molekulės yra termiškai skaidomos ir adsorbuojamos objekto paviršiuje. Kai puslaidininkio darbo funkcija yra mažesnė už adsorbuotos molekulės afinitetą, adsorbuota molekulė atims elektronus iš įrenginio ir taps neigiama jonų adsorbcija, puslaidininkio paviršiuje pateikdama krūvio sluoksnį.
