Cos'è un sensore di gas: tipi, applicazioni e vantaggi

I sensori di gas ci aiutano a trovare gas dannosi o utili nell'aria.Cambiano livelli di gas in segnali che possiamo misurare.Lavorano in case, veicoli, ospedali, fattorie e fabbriche per assicurarsi che le persone rimangono al sicuro e che i sistemi funzionino bene.Questo articolo spiega quali sono i sensori di gas, come funzionano, dove vengono utilizzati e come si confrontano con i sensori di monossido di carbonio.

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Figura 1: modulo sensore di gas

Cos'è il sensore del gas?

Un sensore a gas è un dispositivo che trova e misura la presenza di un gas specifico nell'aria circostante.Funziona cambiando il livello del gas in un segnale elettrico, come resistenza, tensione o corrente, che può essere misurato e analizzato.Il tipo di sensore utilizzato dipende dal gas rilevato e da quanto deve essere accurata la lettura.Alcuni sensori danno letture costanti, mentre altri reagiscono solo quando i livelli di gas raggiungono un set point.Per rimanere affidabili, i sensori di gas necessitano di test e regolement regolari.

Applicazioni del sensore di gas

Figura 2: applicazioni del sensore di gas

I sensori di gas vengono utilizzati in molte aree per proteggere le persone e aiutare i sistemi a funzionare senza intoppi. A casa, rilevano perdite da stufe o riscaldatori, aiutando a prevenire incidenti. In settori, Tracciano fumi dannosi e sostanze infiammabili per garantire condizioni di lavoro sicure. Dispositivi medici Affidati a questi strumenti per controllare e gestire i gas di respirazione per i pazienti. Veicoli Usali per controllare le emissioni e migliorare l'efficienza del carburante. Nell'agricoltura, aiutano a gestire le aree di stoccaggio rilevando i cambiamenti nei livelli di gas.Le aree pubbliche beneficiano anche di questi sensori tenendo d'occhio l'inquinamento atmosferico.I sensori di gas aiutano a proteggere la salute, migliorare la sicurezza e supportare ambienti più puliti.

Tipi di sensore di gas

I sensori di gas possono essere raggruppati in diversi modi in base al loro scopo e al modo in cui funzionano.Un modo è per il tipo di gas che rilevano: alcuni sono costruiti per gas infiammabili, altri per gas tossici e alcuni per l'ossigeno.E ora ci concentreremo su sensori di gas classificati dai loro principi di rilevamento.

Figura 3: tipi di sensori di gas basati sul principio di rilevamento

Sensore a gas a semiconduttore

I sensori di gas a semiconduttore costituiscono la maggior parte dei tipi di sensori di gas e sono comunemente usati per rilevare vari gas rilevando le variazioni della resistenza elettrica.Questi sensori usano ossidi metallici come ossido di stagno, ossido di tungsteno o ossido di zinco come materiale di rilevamento.Quando le molecole di gas interagiscono con la superficie, causano uno spostamento della conducibilità, che il trasduttore si trasforma quindi in un segnale leggibile.

Il sensore utilizza uno strato riscaldato di ossido di metallo come superficie di rilevamento.Nell'aria pulita, le molecole di ossigeno si attaccano a questa superficie e prendono elettroni liberi dal materiale, aumentando la resistenza.Quando è presente un gas bersaglio, reagisce con l'ossigeno, liberando gli elettroni e abbassando la resistenza.Questo cambiamento viene misurato e trasformato in un segnale elettrico che mostra il livello del gas.

Questi sensori sono apprezzati per il loro semplice design, tempi di risposta rapidi, alta sensibilità e basso costo.Gli usi comuni includono rilevatori di monossido di carbonio in case, analizzatori del respiro, monitor di qualità dell'aria e sistemi di rilevamento delle perdite di gas nelle fabbriche.

Sensore di gas elettrochimico

I sensori di gas elettrochimico rilevano il gas innescando una reazione chimica sulla superficie dell'elettrodo, producendo un segnale elettrico (come corrente o tensione) proporzionale alla concentrazione di gas.Sono disponibili in diversi tipi tra cui la batteria primaria, la cella di elettrolisi, la cella di concentramento e i sensori di corrente che limitano, adatti a gas specifici come ossigeno, monossido di carbonio, ammoniaca o biossido di zolfo.

Questi sensori funzionano lasciando passare il gas attraverso una piccola apertura in cui reagisce con sostanze chimiche all'interno.Questa reazione crea un piccolo segnale elettrico che indica quanto gas è presente.

Questi sensori sono compatti, efficienti dal punto di vista energetico e offrono una buona precisione, linearità e ripetibilità.Sono ampiamente utilizzati nel monitoraggio ambientale, nella diagnostica medica, nella sicurezza industriale e nei test alimentari.

Sensore a gas a infrarossi (NDIR)

I sensori di gas a infrarossi, noti anche come sensori NDIR (non dispersivi a infrarossi), funzionano con la luce infrarossa brillantemente attraverso un campione di gas.Diversi gas assorbono lunghezze d'onda specifiche di questa luce.Quando è presente il gas, riduce la quantità di luce che raggiunge il rivelatore.Il sensore misura questo calo per scoprire quanto gas c'è.

Questi sensori non si basano su reazioni chimiche, il che li rende stabili, di lunga durata e meno probabilità di essere influenzati da altri gas.Sono molto precisi, hanno bisogno di poca manutenzione e funzionano bene nel tempo.Tuttavia, possono essere più costosi di altri tipi, potrebbero non funzionare bene in luoghi polverosi o umidi e non possono misurare la velocità di flusso del gas.I sensori NDIR sono utilizzati in monitor di qualità dell'aria, sistemi di emissione di auto, strumenti di sicurezza industriali e attrezzature mediche.

Sensore a gas fotoacustico

I sensori di gas fotoacustici combinano la tecnologia NDIR e acustica.Quando una trave di luce pulsata viene assorbita dalle molecole di gas, si riscaldano leggermente, causando onde di pressione.Un microfono rileva queste onde sonore e le converte in segnali elettrici per misurare la concentrazione di gas.I microfoni MEMS vengono utilizzati per un funzionamento compatto ed efficiente.

Questi sensori sono altamente sensibili ai bassi livelli di gas e possono essere progettati per gas specifici.Offrono una risposta rapida, misurazione senza contatto e stabilità a lungo termine.Comune nel monitoraggio ambientale, nella diagnostica medica e nella sicurezza industriale, sono ideali per il monitoraggio continuo.Tuttavia, possono essere sensibili alle vibrazioni o al rumore e richiedono una calibrazione più complessa e costi più elevati.

Sensore di gas MEMS

I sensori di gas MEMS (sistemi microelettro-meccanici) utilizzano parti meccaniche ed elettroniche microscopiche costruite su un chip di silicio.Rilevano gas utilizzando varie tecniche tra cui il rilevamento capacitivo, termico o piezoelettrico, a seconda del design.Questi sensori sono ultra-piccoli, leggeri e ideali per dispositivi portatili o indossabili.

I MEMS sono ampiamente utilizzati in elettronica intelligente, sistemi automobilistici, droni e automazione industriale.I benefici MEMS includono un basso consumo di energia, misurazioni accurate e una facile integrazione nei dispositivi compatti.Tuttavia, possono essere influenzati da fattori ambientali, hanno un intervallo di misurazione limitato e possono usurarsi più velocemente in condizioni difficili.

Vantaggi del sensore a gas

Figura 4: sensore di gas NDIR

I sensori di gas sono utili perché possono trovare gas pericolosi o utili nell'aria.Sono piccoli, facili da usare e possono dare risultati rapidi.Alcuni possono controllare più di un gas contemporaneamente.Sono usati in case, fabbriche, automobili e ospedali per aiutare le persone al sicuro.

Ma i sensori di gas hanno anche alcuni svantaggi.Potrebbe essere necessario controllare e regolare regolarmente per rimanere corretti.Alcuni possono smettere di funzionare bene se fa troppo caldo, troppo freddo o troppo bagnato.Possono anche essere confusi da altri gas nelle vicinanze.Dopo un po 'di tempo, potrebbero non funzionare e potrebbe essere necessario sostituire.

Sensore a gas vs sensore di monossido di carbonio

Figura 5: sensore di gas vs sensore di monossido di carbonio

Un sensore a gas è uno strumento utilizzato per tenere traccia di diverse sostanze nell'aria.Può essere progettato per cercare una vasta gamma di gas, compresi quelli che bruciano, danneggiano la salute o la respirazione di supporto.Sensore a gas visto in luoghi come fabbriche, cucine o stazioni all'aperto per proteggere le aree.

Un sensore di monossido di carbonio (CO) è un dispositivo di sicurezza che controlla l'aria per il monossido di carbonio, un gas che non ha colore, odore o gusto, ma può essere mortale se inspirato per troppo tempo.Questo tipo di sensore viene fatto per rispondere solo quando il gas di CO è presente in quantità pericolose.Invia un avvertimento, come un forte allarme o un segnale a un sistema, per farti sapere che devono lasciare o risolvere il problema.

Il sensore di monossido di carbonio (CO) si trova in case, automobili, garage, hotel e luoghi con stufe, riscaldatori o motori che bruciano carburante.Poiché il monossido di carbonio può provenire da apparecchi difettosi o scarsa ventilazione, il sensore aiuta a prevenire gli incidenti dando un avvertimento precoce.Molti sensori di CO sono piccoli, facili da installare e funzionano su batterie o elettricità.Alcuni possono persino connettersi a sistemi intelligenti per inviare avvisi al telefono.

Conclusione

I dispositivi che controllano la qualità dell'aria svolgono un ruolo importante nella vita quotidiana.Ci avvertono dei pericoli che potremmo non notare e supportare spazi più puliti e più sicuri.Ogni tipo lavora a modo suo ed è più adatto a determinati luoghi o lavori.Imparare come funzionano i sensori aiuta a scegliere quello giusto e ad usarlo nel modo giusto.