Expliquer en détail le principe de détection des détecteurs de gaz
Un détecteur de gaz est un instrument spécialement conçu pour détecter la concentration sûre de gaz. Son principe de fonctionnement consiste principalement à convertir les signaux physiques ou chimiques non électriques collectés par les capteurs de gaz en signaux électriques, puis à rectifier et filtrer les signaux électriques ci-dessus via des circuits externes. Les signaux traités sont ensuite contrôlés par les modules correspondants pour réaliser la détection de gaz. Cependant, le cœur d'un détecteur de gaz est un composant de capteur intégré, qui distingue les principes de la technologie de détection en fonction des différents gaz détectés. Ses principes sont principalement répartis dans les six catégories suivantes :
1) Principe de combustion catalytique :
Le capteur de combustion catalytique utilise le principe de l'effet thermique de la combustion catalytique, constitué d'un pont de mesure formé par l'appariement d'éléments de détection et d'éléments de compensation. Dans certaines conditions de température, le gaz combustible subit une combustion sans flamme à la surface du support de l'élément de détection et sous l'action du catalyseur. La température du support augmente et la résistance du fil de platine à l'intérieur augmente également en conséquence, provoquant une perte d'équilibre du pont d'équilibre et émettant un signal électrique proportionnel à la concentration de gaz combustible. En mesurant l'ampleur du changement de résistance du fil de platine, la concentration de gaz combustibles peut être déterminée.
Principalement utilisé pour la détection de gaz combustibles, avec une bonne linéarité du signal de sortie, un indice fiable, un prix abordable et aucune infection croisée avec d'autres gaz non combustibles.
2) Principe infrarouge :
Un capteur infrarouge fait passer en continu le gaz à mesurer à travers un récipient d'une certaine longueur et d'un certain volume, et émet un faisceau de lumière infrarouge depuis l'une des deux faces d'extrémité transparentes du récipient. Lorsque la longueur d'onde du capteur infrarouge coïncide avec le spectre d'absorption du gaz mesuré, l'énergie infrarouge est absorbée et l'atténuation de l'intensité de la lumière infrarouge traversant le gaz mesuré répond à la loi de Lambert Beer. Plus la concentration de gaz est élevée, plus l’atténuation de la lumière est importante. À ce stade, l’absorption de la lumière infrarouge est directement proportionnelle à la concentration du matériau absorbant et la concentration du gaz peut donc être mesurée en mesurant l’atténuation de la lumière infrarouge par le gaz.
Longue durée de vie (3 à 5 ans de durée de vie), haute sensibilité, bonne stabilité et aucune toxicité, moins d'interférences de l'environnement et aucune dépendance à l'oxygène. Les capteurs de gaz infrarouges ont une sensibilité de surveillance élevée et peuvent distinguer avec précision même des traces de PPB ou de faibles concentrations de gaz de qualité PPM. La plage de mesure est large et peut généralement analyser une concentration élevée de gaz à 100 % VOL, ainsi qu'une analyse à faible concentration de niveau 1 ppb.
3) Principes électrochimiques :
Les capteurs électrochimiques se composent généralement de trois parties : les électrodes, les électrolytes et les électrodes semi-conductrices, qui sont les composants essentiels du capteur. Ils sont constitués de matériaux métalliques ou semi-conducteurs et peuvent réagir chimiquement avec les molécules de gaz. L'électrolyte est un liquide conducteur qui peut connecter des électrodes à des semi-conducteurs pour former un circuit complet. Le semi-conducteur est un matériau spécial qui peut convertir le signal de courant entre l'électrode et l'électrolyte en un signal numérique, permettant ainsi une détection de la concentration de gaz.
Le principe de fonctionnement des capteurs de gaz électrochimiques est basé sur des réactions redox. Lorsque les molécules de gaz entrent en contact avec la surface de l’électrode, elles subissent une réaction d’oxydo-réduction, générant un signal de courant. Ce signal de courant peut être transmis au semi-conducteur via un électrolyte puis converti en signal numérique. La taille du signal numérique est directement proportionnelle à la concentration de gaz, la concentration de gaz peut donc être déterminée en mesurant la taille du signal numérique.
Principalement utilisé pour la détection de gaz toxiques, avec une sensibilité élevée, une vitesse de réponse rapide, une bonne fiabilité et une longue durée de vie. Il peut détecter divers gaz, tels que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'azote, etc. Il a de nombreuses applications dans les industries, les soins de santé, la protection de l'environnement et d'autres domaines.
4) Principe de photoionisation PID :
Le principe du PID est que les gaz organiques s’ionisent sous l’excitation d’une source de lumière UV. Le PID utilise une lampe UV (ultraviolette) et la matière organique s'ionise sous l'excitation de la lampe UV. Les « fragments » ionisés portent des charges positives et négatives, entraînant un courant électrique entre les deux électrodes. Le détecteur amplifie le courant et affiche la concentration de gaz COV à travers des instruments et des équipements.
Principalement utilisé pour la surveillance de l'industrie du raffinage, la gestion d'urgence des fuites de produits chimiques dangereux, la définition des zones dangereuses pour les fuites, la surveillance de la sécurité des stations-service de pétrole et la surveillance de l'efficacité de la purification des rejets de matières organiques.
5) Principe de conductivité thermique :
L'analyse de la concentration du gaz mesuré est principalement réalisée en mesurant l'évolution de la conductivité thermique du gaz mélangé. Habituellement, la différence de conductivité thermique d'un capteur de gaz est convertie en changement de résistance à travers un circuit. La méthode de détection traditionnelle consiste à envoyer le gaz à tester dans une chambre à gaz, où le centre de la chambre à gaz est un élément thermosensible, tel qu'une résistance thermosensible, un fil de platine ou un fil de tungstène. Lorsqu'il est chauffé à une certaine température, la modification de la conductivité thermique du gaz mélangé est convertie en une modification de la résistance de l'élément thermosensible. Le changement de valeur de résistance est relativement facile à mesurer avec précision.
6) Principes des semi-conducteurs :
Les capteurs de gaz à semi-conducteurs sont fabriqués en utilisant la réaction d'oxydo-réduction du gaz à la surface des semi-conducteurs pour provoquer des modifications de la valeur de résistance des composants sensibles. Lorsqu'un dispositif semi-conducteur est chauffé jusqu'à un état stable et est adsorbé lors du contact du gaz avec la surface du semi-conducteur, les molécules adsorbées diffusent d'abord librement sur la surface de l'objet, perdant leur énergie cinétique. Certaines molécules s'évaporent, tandis que les molécules restantes subissent une décomposition thermique et une adsorption à la surface de l'objet. Lorsque le travail de sortie d'un semi-conducteur est inférieur à l'affinité de la molécule adsorbée, la molécule adsorbée enlèvera des électrons au dispositif et deviendra une adsorption d'ions négatifs, présentant une couche de charge sur la surface du semi-conducteur.
