دتکتور گاز با سنسور اینفراردی (IR)
برای چندین دهه برای تشخیص و اندازه‌گیری انواع گازها در محیط های صنعتی از دتکتور مادون قرمز، مورد استفاده می‌گیرند. سنسور مادون قرمز مزایای زیادی دارند، اگرچه معایبی نیز وجود دارد که کاربران هنگام استفاده از سنسورهای گاز مادون قرمز باید از آنها آگاه باشند.
حسگرهای گاز مادون قرمز به عنوان راهی برای توضیح برخی از معایب حسگرهای کاتالیزوری معرفی شدند. سنسورهای کاتالیزوری که در ابتدا برای استفاده در صنعت معدن توسعه داده شدند، بیش از یک قرن است که مورد استفاده قرار می‌گیرند. حسگرهای کاتالیزوری تفاوت دما را بین دو مهره کاتالیزور اندازه گیری کردند – یک مهره بی اثر و دیگری که در یک کاتالیزور شیمیایی پوشش داده شده بود.
اختلاف دما می تواند غلظت گاز گاز خطرناک اندازه گیری شده را شناسایی کند.
متاسفانه سنسورهای کاتالیستی دارای محدودیت هایی هستند:
- مستعد مسمومیت هستند
- نیاز به توان بالایی دارد
- عمر محدودی داشته باشید
- در محیط های کم اکسیژن درست عمل نمی کنند
حسگرهای مادون قرمز برای رفع این اشکالات توسعه داده شدند. این حسگرها از نور مادون قرمز برای اندازه گیری طول موج های مختلف گازهای خطرناک استفاده می کنند. خواص برخی از گازها نور را در محدوده یا باندهای طول موج خاصی جذب می کنند. با این حال، سنسورهای IR برای اجزای اصلی هوا مانند نیتروژن، اکسیژن و آرگون درست عمل نمیکنند.
در اصل، دو پرتو مادون قرمز با طول موج های مختلف به داخل محفظه اندازه گیری هدایت می شوند تا به دو گیرنده برخورد کنند. اینها آشکارسازهای اندازه گیری و مرجع هستند. اگر جذب گاز پرتو اندازه گیری را ضعیف کند، شدت کاهش یافته مربوط به غلظت گاز است. مکانیزم پردازش سیگنال تفاوت بین شدت نور را برای گزارش غلظت گاز به کاربر تعیین می کند.
گازهایی که با دتکتور گاز دارای سنسور اینفراردی قابل تشخیص هستند:
دی اکسید کربن و ترکیبات هیدروکربنی می شوند.
این نوع دتکتور ها که با استفاده از سنسور مادون قرمز کار میکنند اغلب برای سنجش گازهایی مانند: دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و متان استفاده می شوند و می توانند این کار را در بسیاری از شرایط به طور قابل اعتماد انجام دهند.
بعلاوه بر این، بر خلاف سنسورهای گاز کاتالیزوری، سنسورهای اینفراردی در معرض مسمومیت نیستند. آنها می توانند گازهای قابل احتراق را در محیط های کم اکسیژن تشخیص دهند. و برای کار به توان کمتری نیاز دارند.
در زمانی که این نوع معرفی می‌شدند، دتکتور گاز با حسگرهای گاز مادون قرمز نشان دهنده یک جهش بزرگ به جلو در فناوری بودند. و آنها به بسیاری از معایب کلیدی استفاده از حسگرهای گاز کاتالیزوری – اما نه همه – پرداختند. متأسفانه، سنسورهای گاز مادون قرمز نیز محدودیت های زیادی دارند. برخی از آنها در صورت عدم آگاهی کاربر از استفاده از این نوع فناوری سنجش گاز می تواند برای کاربر خطرناک باشد.
ایرادات ردیاب گازی با سنسور مادون قرمز
- هیدروژن نور مادون قرمز را جذب نمی کند. این حسگرها نمی توانند هیدروژن را تشخیص دهند.
این محدودیت بزرگی است زیرا هیدروژن در اغلب صنایع معدنی و فرآوری نفت در همه جا حاضر است. عدم شناسایی هیدروژن می تواند شرایط کاری بسیار خطرناکی را ایجاد کند. کارگران ممکن است بدون اینکه بدانند وارد منطقه ای می شوند که کیفیت هوا برای زندگی انسان ناپایدار است. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض غلظت های پایین حتی می تواند باعث علائم فیزیکی مانند حالت تهوع، سردرد، لرزش و هذیان شود.
2. علاوه بر عدم شناسایی هیدروژن، حسگرهای گاز مادون قرمز در صورت وجود گازهای متعدد مبتنی بر هیدروکربن به خوبی کار نمی کنند. سنسورهای گاز IR مخصوص گاز هستند. هر گاز قابل تشخیص منحنی گاز و واکنش جبران دما منحصر به فرد خود را دارد. این ردیاب‌های گاز می‌توانند در این نوع تنظیمات، قرائت‌های نادرست ارائه دهند و در نتیجه شرایط کاری ناایمن را ایجاد کنند.
3. حسگرهای گاز مادون قرمز نیز قادر به جبران عوامل محیطی (دما، رطوبت، حرکت) نیستند. هنگام تغییر شرایط محیطی حتی با تغییرات متوسط در دما یا رطوبت، عملکرد پردازش سیگنال سنسور ممکن است هرگونه خواندن خروجی را مسدود کند.
این سنسورها در محیط های شدید نیز عملکرد ضعیفی دارند. رطوبت، مه، و تشعشعات مادون قرمز محیط می تواند بر عملکرد فرآیند آنها تأثیر بگذارد و قابلیت اطمینان آنها را کاهش دهد.
سنسور IR را می توان با ویژگی های جذب گاز هدف و پهنای باند فیلتر در سنسور محدود کرد. بسیاری از گازهای قابل احتراق توسط حسگرهای گاز مادون قرمز کم توان LEL قابل شناسایی نیستند. نمونه هایی از گازهای غیر قابل تشخیص عبارتند از: استیلن، آکریلونیتریل، آنیلین و دی سولفید کربن.
موضوع بسیاری از این اشکالات این است که ردیاب گازی مادون قرمز می توانند در بعضی شرایط غیرقابل اعتماد باشند. چون هرگونه خواندن متناقض یا اشتباه مقدار گاز محیطی می تواند منجر به قرار گرفتن افراد و پرسنل در معرض گازهای خطرناک یا کشنده شود.
این اشتباهی است که اکثر شرکت ها از عهده انجام آن بر نمی آیند. این امر می تواند خسارات مالی و جانی زیادی را به دنبال داشته باشد.
علاوه بر این، محدودیت‌های دیگری نیز در این نوع فناوری (دتکتور گاز با سنسور اینفراردی) سنجش گاز وجود دارد. به دلیل طراحی آنها نیاز به کالیبراسیون مکرر دارند. و از آنجایی که آنها فناوری انحصاری هستند، معمولاً بسیار پرهزینه هستند. ترکیبی از هزینه های بالا و کالیبراسیون مکرر به این معنی است که استفاده از آنها در طول عمرشان گران است.
چگونگی غلبه بر محدودیت های دتکتور گاز با سنسور اینفراردی
واقعیت این است که سنسورهای مادون قرمز برای سنجش و اندازه‌گیری برخی از گازها مناسب هتند نه همه گازها. اما در بسیاری از شرایط، این سنسورها دارای محدودیت های شدید هستند. متأسفانه، این محدودیت ها می تواند منجر به شرایط ناامن برای هر کسی در مجاورت شود.
تشخیص گازهای قابل احتراق و خطرناک نباید نامشخص باشد. تکیه بر روش‌هایی که در هر بار استفاده از آنها نمی‌توانند خروجی دقیقی ارائه کنند، بسیار خطرناک است. خوشبختانه، پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر در تشخیص گاز، روش جدیدی را ارائه کرده است. طیف سنجش و اندازه گیری خصوصیات مولکولی به محدودیت های سنسورهای گاز مادون قرمز و کاتالیزوری می پردازد.
سنسورهای تقریباً در تمام شرایط محیطی قابل اعتماد و دقیق هستند. آنها جبران دما را فراهم می کنند و تحت تأثیر تغییرات فشار و رطوبت قرار نمی گیرند. آنها همچنین نیازی به کالیبراسیون ندارند و در برابر مسمومیت غیر قابل نفوذ هستند.
با توجه به این مزایا، سنسورهای اغلب هزینه کل مالکیت کمتری نسبت به فناوری‌های سنجش گاز جایگزین دارند. و آنها می توانند بیش از دوجین گاز را به طور همزمان شناسایی کنند، از جمله هیدروژن. این سنسور خطرات ناشی از استفاده از حسگرهای گاز مادون قرمز را برای ایمن نگه داشتن محل کار و کارکنان شما غلبه می کند. و هیچ چیز مهمتر از این هدف نیست.