s
19 708 Pages

1leftarrow blue.svgArticle détaillé: capteur.

la Capteur de gaz Il est un dispositif qui détecte la présence d'un ou plusieurs types de gaz dans un environnement, typiquement en tant que partie d'un système de sécurité. Les différents types de capteurs de gaz peuvent être classés selon le principe de transduction dans les catégories suivantes:

  • électrochimique
  • catalytique
  • semi-conducteur
  • Optique.

les capteurs de gaz électrochimiques

Les capteurs électrochimiques ont fait leur apparition au début des années 50 pour surveiller la quantité de oxygène environnement. Dans les années 80 ces capteurs Ils avaient un processus de miniaturisation net qui a permis un début de pénétration du marché. Le principe de fonctionnement avec laquelle ces capteurs fonctionnent fait qu'il ya une proportionnalité directe entre à mesurer la concentration du gaz et courant électrique en sortie du capteur. La structure de ces capteurs est indiqué dans l'illustration suivante[1]:

structure

Ces capteurs sont généralement constitués par:

  • électrode sensible (anode), Également ladite électrode de travail;
  • électrode d'accumulation (cathode);
  • électrode de référence;
  • électrolyte;
  • membrane.

A travers une petite ouverture, gaz en cours d'examen, il se répand à l'intérieur du capteur à travers une membrane hygroscopique constitué typiquement de films minces de Teflon une faible porosité, ce qui empêche le passage de la vapeur d'eau comme indiqué dans la figure suivante.

Cette approche permet le passage d'un flux suffisant de gaz qui réagit avec l'électrode de détection pour produire un signal électrique suffisante, ce qui évite la fuite de l'électrolyte présent dans le capteur. Le gaz qui diffuse à travers la barrière causant réagit avec la surface de détection d'électrode de réaction oxydation et / ou réduction; l'électrolyte présent à l'intérieur du capteur facilite le passage de la charge ionique d'une électrode. Ces réactions varient en fonction de la nature du gaz à mesurer et qui est la raison pour laquelle le choix du type de matériau constituant l'électrode est fondamentale pour la sensibilité le capteur; En général, les électrodes sont composées de métaux nobles tels que le platine ou l'or, et peuvent également être constitués par alliages. Parmi les électrodes de cathode et d'anode est placé un résistance qui permet le passage d'un courant proportionnel à la concentration du gaz. Ce type de capteurs permet de convertir ensuite, la concentration d'un gaz dans un flux de courant électrique. Certains de ces capteurs pour fonctionner, ont la nécessité d'une application externe différence de potentiel qui devrait rester constante. Ces tension, logiquement, ne reste pas constante en raison des réactions continues redox qui se produisent dans le capteur. Pour avoir alors un fonctionnement correct est placé entre l'anode et la cathode et à l'intérieur de l'électrolyte, l'électrode de référence à une tension bien déterminée obtenue à partir d'un ajustement entre la cathode et l'anode dans un ensemble expérimental bien connu. Dans la plupart des cas, le 'électrode de référence et que la détection venir relié par un pont extérieur à la chambre de réaction.

traits

Ils peuvent être résumés ci-dessous quelques caractéristiques des capteurs électrochimiques:

  • à la fonction dont ils ont besoin d'avoir une bonne quantité d'oxygène. Cette caractéristique provient du type de réactions qui ont lieu; En fait, si l'on considère par exemple la réaction suivante à l'anode: CO + H20 → CO2 + 2 H+ + 2 et-
    en même temps sur la cathode doit avoir lieu la réaction suivante: OU2 + 4 H+ + 4 et- → H 22
    Pour cette raison, la présence d'oxygène est indispensable au bon fonctionnement du capteur. Si la quantité d'oxygène sont inférieurs à ceux qui sont nécessaires pour le capteur subit une détérioration progressive.
  • Certains capteurs ont la nécessité d'avoir une tension appliquée aux électrodes préjugé constante. Si cette tension varie ou est absent le capteur peut être inutilisable.
  • Ce type de capteurs n'est pas très sensible aux fluctuations de température et humidité, typiquement fonctionner à des températures d'environ 25 ° C et 65% d'humidité relative.
  • En ce qui concerne la sélectivité de ces capteurs, à savoir la capacité d'un capteur de ne pas être influencé par d'autres agents chimiques, en plus de la mesure, cela dépend fortement du type de gaz et de la façon dont le capteur a été formé. En particulier, le gaz qui est moins touché (presque tous) de la perturbation d'autres substances est de l'oxygène, si l'on prend en considérations d'autres gaz, par exemple l 'oxyde de soufre (SO2) La relation entre la concentration de gaz d'interférence et de la concentration lues de manière erronée par le capteur est égal à 0,3: 1.

Capteurs catalytiques gaz

Ce type de capteur est utilisé depuis environ 50 ans principalement de reconnaître le type de gaz carburant, on pourrait dire le fait que remplacer les canaris dans les mines de charbon. Le principe de fonctionnement de ces capteurs est basé sur un processus de combustion catalytique. Les combustibles gazeux ont température bien déterminée auxquels ils brûlent, cependant, si tel est le bon catalyseur, cette valeur de température peut être modifiée en permettant la combustion à des températures nettement inférieures[2].

structure

Le capteur est constitué de deux filaments métalliques, une référence et une de détection. En raison de ses propriétés chimiques et physiques du matériau utilisé pour les deux brins est souvent platine. Le platine a la propriété de modifier sa résistance de manière linéaire (à des intervalles allant de 500 ° C à 1000 ° C) lorsque la température varie.

Essentiellement, ce capteur permet de convertir une variation de concentration de gaz dans un changement de résistance, donc ce qui se passe réellement mesurée est la sortie de la résistance par ce capteur. Le filament de référence ne doit pas être influencé en faisant varier la concentration du gaz, pour cette raison, peut être constitué par du platine ou traités chimiquement, ou avec des matériaux qui ne présentent pas de propriétés catalytiques (tels que, par exemple, l 'or). Au départ, ces capteurs ont été construits en utilisant les éléments sensibles d'enroulements simples. Cette technique ne permet pas de miniaturiser le dispositif, par ailleurs, en raison de son architecture, la température de fonctionnement du capteur ont été amenés à environ 800-1000 ° C

Pour remédier à ces problèmes, comme on peut le voir de ce qui précède, l'élément de détection a été optimisé en réduisant la section des filaments de platine et la taille globale. Cela a conduit à des avantages tels que la réduction de la consommation, la miniaturisation du capteur et l'abaissement des températures de fonctionnement allant jusqu'à 400-600 ° C

traits

Ils peuvent être résumés ci-dessous quelques-unes des caractéristiques des capteurs catalytiques:

  • Avec la prolongation de la période d'exercice, le capteur est soumis à la présence de différents polluants (gaz perturbateurs) qui provoquent l'altération des propriétés catalytiques du capteur et dégrader les performances.
  • Il y a des composés spéciaux tels que des halogénures et fréon qui peut inhiber temporairement le fonctionnement du capteur ou de compromettre le fonctionnement en permanence.
  • Si le dispositif est exposé à des concentrations trop élevées de gaz, les filaments peuvent atteindre des températures qui affectent la géométrie et les propriétés électriques de manière irréversible.
  • En ce qui concerne la sensibilité de ces capteurs ne sont généralement pas très sélectifs aux produits chimiques individuels, ils sont la plupart du temps sélectif à certaines catégories de composés.

des capteurs de gaz à semi-conducteur

Cette catégorie de capteurs est né dans les années 60 par le Naoyoshi Taguchi.[3] Il a noté que le comportement de jonction p-n un semi-conducteur a été affectée par le type de gaz présent dans l'environnement. Le principe de fonctionnement de ces capteurs exploite des matériaux sensibles tels que le 'oxyde stannique (SnO2). Quand un oxyde en tant que cristal SnO2 est chauffé à une température élevée dans l'air, l'oxygène est adsorbé à l'intérieur du matériau avec une charge négative: cela veut dire que sur la face supérieure du matériau pour former un barrière de potentiel comme indiqué dans la figure suivante[4]:

Comme on peut le voir entre les bords des cristaux sont formés des obstacles potentiels qui vont pour compenser la valeur de la résistance du matériau. Si l'appareil est inondé avec un gaz provenant de la capacité de réduction de la quantité adsorbée en oxygène diminue entraînant une diminution des charges négatives absorbées et un abaissement de la barrière de potentiel. Cette situation est décrite dans le tableau suivant:

La relation entre la résistance du matériau et la concentration en gaz réducteur peut être exprimée par la relation suivante: RsA = Cα où Rs représente la résistance du capteur, A est une constante dépendant du capteur spécifique, α est une constante dépendant des caractéristiques du matériau, C est la concentration du gaz réducteur. Les principales caractéristiques de ces types de capteurs sont longévité et la capacité d'être sensible à un très grand nombre de composés; Mais ils ont une faible sélectivité à des composés chimiques spécifiques. De plus, ils devraient être pris en compte les variations de la température, l'humidité et la concentration d'oxygène (évidemment ce dernier est indispensable à l'utilisation du capteur). En outre ce capteur est affecté par des impuretés qu'elles semblent se détériorer son bon fonctionnement.

de capteurs de gaz optiques

Ces capteurs sont certainement les dernières technologiquement parlant. En utilisant comme principe de base l'interaction entre ondes électromagnétiques et la matière est possible de revenir à la nature et la concentration de chaque gaz en raison du fait que chaque élément chimique Il a son propre particulier Spectre d'absorption[5]. Les capteurs qui exploitent ce principe peuvent être profondément différents les uns des autres, dans cette discussion, il sera traité un seul type à titre d'exemple.

Dans cette structure, le gaz à examiner est réalisée à l'intérieur de la cavité dans laquelle il y a un générateur d'ondes électromagnétiques à partir d'une extrémité et un récepteur l'écoute de l'autre. la connaissance de la puissance onde émise et le retour de mesure est possible de déterminer la quantité d'énergie absorbée par le gaz. Alors, connaissant la consommation d'énergie et la longueur d'ondes source d'ondes est possible de tracer les espèces chimiques et de sa concentration. De par sa nature, ce type de capteur est affecté d'une manière claire des variations de température, en fait, les coefficients d'absorption sont fonction de la température (bien que non explicitement). En outre, même avec des valeurs d'humidité élevée peuvent affecter le capteur ou invalider une mesure. Le problème le plus grave qui afflige maintenant cette classe de capteurs est sélectivité. En fait, si vous étalonnez un capteur avec du méthane pur et en insérant de petites quantités de propane ou le butane, le système passe en saturation.

notes

Articles connexes

  • Les détecteurs de l'hydrogène

Activité wiki récente

Aidez-nous à améliorer BooWiki
Commencez