Was sind Gassensoren?

Das Gas Sensor ist eines der wichtigsten Geräte für Menschen, um die Zusammensetzung und Konzentration von Gasen zu erkennen. Es bietet genügend Sicherheit für die sichere Produktion der Menschen. In diesem Dokument werden wir sechs Haupttypen von Gassensoren diskutieren. Dazu gehören Halbleiter, Wärmeleitfähigkeit, Festelektrolyte und elektrochemische Gassensoren. Und einige katalytische Verbrennung und optische Arten von Gassensoren.

Was sind Gassensoren?

Der Gassensor kann das Vorhandensein oder Fehlen eines Zielgases in einem bestimmten Bereich erkennen. Menschen verwenden es auch, um die Konzentration einer Zielgaskomponente zu messen. Es verwendet ein Verfahren, um den Volumenanteil des Zielgases in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

Der Gassensor berechnet die Konzentration der Zielgaskomponente in einem bestimmten Bereich basierend auf physikalischen und chemischen Einwirkungen. Dann wandelt es die erhaltenen Informationen in ein elektrisches Standardsignal um. Der Benutzer kann anhand der gesammelten Informationen ein bestimmtes Gas verfolgen und analysieren.

Der Detektionskopf des Gassensors wirkt konditionierend auf die Gasprobe. Der Detektorkopf filtert Verunreinigungen und störende Gase heraus und trocknet oder kühlt, um den Anzeigeteil des Messgeräts zu handhaben.

Im wirklichen Leben wird es hauptsächlich verwendet, um giftige und gefährliche Gase und Erdgaslecks zu erkennen.

Liste der verschiedenen Arten von Gassensoren und der Gase, die sie erkennen:

Gassensortyp	Gase erkannt
Kohlenmonoxid (CO)-Sensor	Kohlenmonoxid
Methan (CH4)-Sensor	Methan
Schwefelwasserstoff (H2S)-Sensor	Schwefelwasserstoff
Sauerstoff (O2)-Sensor	Sauerstoff
Sensor für flüchtige organische Verbindungen (VOC).	Benzol, Toluol, Xylol und andere VOCs
Stickstoffdioxid (NO2)-Sensor	Stickstoffdioxid
Ammoniak (NH3)-Sensor	Ammoniak
Kohlendioxid (CO2)-Sensor	Kohlendioxid
Chlor (Cl2)-Sensor	Chlor
Schwefeldioxid (SO2)-Sensor	Schwefeldioxid

Arten von Gassensoren

Auf dem Markt gibt es viele Arten von Gassensorik. Wir können sie in vier Hauptkategorien einteilen, je nachdem, wie die Reaktion abläuft. Diese Kategorien sind elektrochemische, Infrarot-, Kontaktverbrennungs- und Halbleitergassensoren. Der Reaktionsmechanismus kann als elektrochemisch, elektrischer Widerstand, Ultraschall usw. klassifiziert werden.

Basierend auf dem Sensorerkennungsprinzip sind einige unserer gängigen Arten von Gassensoren:

• Gassensoren vom Halbleitertyp
• Wärmeleitfähigkeits-Gassensoren
• Festelektrolyt-Gassensoren
• Elektrochemische Gassensoren
• Katalytische Verbrennungsgassensoren
• Optische Gassensoren

Halbleiter-Gassensoren

Halbleiter-Gassensoren erfüllen die Detektionsanforderungen verschiedener ziviler Gase. Dieser Sensor macht fast 601 TP3T der Gassensoren aus. Halbleiter-Gassensoren können je nach verwendeten Materialien in zwei Typen eingeteilt werden. Einer ist der übliche Metalloxid-Halbleiter-Gassensor. Und der andere ist ein organischer Halbleiter-Gassensor. Beide können dem Namen leicht Aufschluss über das verwendete Material geben. Die Leitfähigkeit dieses Sensortyps variiert mit dem Gehalt im umgebenden Zielgas bei einer bestimmten Temperatur. Ein typischeres Beispiel ist der Alkoholsensor. Der Widerstand von Zinndioxid nimmt ab, wenn es auf das Alkoholgas im Alkoholsensor trifft.

Vorteile:

• Einfache Struktur.
• Niedriger Preis.
• Hohe Erkennungsempfindlichkeit.

Nachteile:

• Linearer Bereich der kleinen Messung.
• Anfällig für Hintergrundgasstörungen.
• Anfällig für Umgebungstemperatur.

Thermisch leitfähige Gassensoren

Wärmeleitfähigkeits-Gassensoren waren die ersten vom Menschen verwendeten Sensoren zur Gasdetektion. Dieser Sensor wandelt gasbezogene Informationen in ein elektrisches Signal um. Die gesammelten Informationen helfen den Forschern, das Zielgas zu erkennen und zu analysieren. Das Funktionsprinzip von Wärmeleitfähigkeits-Gassensoren ist einfach. Sie beruhen darauf, dass sich die Wärmeleitfähigkeit mit dem Gehalt des Zielgases ändert. Jedes Gas hat seine spezifische Wärmeleitfähigkeit. Man kann diese Gase mit sehr unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten durch leitfähige Elemente unterscheiden. Solche Sensoren werden weit verbreitet verwendet, um Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan zu detektieren.

Wärmeleitfähigkeit verschiedener Gase:

Gas	Temperatur ℃	Wärmeleitfähigkeit W/(m·℃)
Wasserstoff	0	0.17
Kohlendioxid	0	0.015
Luft	0	0.024
Luft	100	0.031
Methan	0	0.029
Wasserdampf	100	0.025
Stickstoff	0	0.024
Ethylen	0	0.017
Sauerstoff	0	0.024
Ethan	0	0.018

Vorteile:

• Gute Stabilität.
• Lange Lebensdauer.
• Akkurate Messung.

Nachteile:

• Enger Anwendungsbereich.
• Viele Einschränkungen.

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Festelektrolyt-Gassensoren

Der Festelektrolyt-Gassensor ist ein hochselektiver Gasdetektionssensor. Der Sensor beruht auf der Wanderung von Ionen oder Protonen. Sie verlassen sich auch auf die Potentialdifferenz, die durch die Leitung von Ionen oder Protonen entsteht, um die Gaskonzentration zu bestimmen. Der ZrO2-Sauerstoffsensor ist einer der repräsentativsten Gasdetektionssensoren. Dieser Sensor reagiert schnell und kann zur kontinuierlichen Erkennung verfolgt werden. Festelektrolyt-Gassensoren werden in der Metallurgie, Petrochemie, Luft- und Raumfahrt und im Transportwesen eingesetzt.

Vorteile:

• Hohe Empfindlichkeit.
• Lange Lebensdauer.
• Hohe Leitfähigkeit.

Nachteile:

Lange Reaktionszeit.

Elektrochemische Gassensoren

Elektrochemische Gassensoren nutzen hauptsächlich die elektrochemische Aktivität des zu detektierenden Gases. Sie oxidieren oder reduzieren das Zielgas elektrochemisch. Sie werden diese chemischen Reaktionen nutzen, um die Zusammensetzung des Gases davon zu unterscheiden und seine Konzentration zu bestimmen. Elektrochemische Gassensoren werden meist verwendet, um die Konzentration eines bestimmten Gases in einem externen Kreislauf zu messen.

Die folgenden zwei Gassensoren werden üblicherweise elektrochemisch verwendet:

Gassensoren vom Primärzellentyp arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie Trockenzellen. Sie unterscheiden sich dadurch, dass eine Gaselektrode die Kohlenstoff-Mangan-Elektrode der Zelle ersetzt. Es gibt viele Gase, die dieser Sensor erkennen kann. Darunter sind Sauerstoff, Schwefeldioxid und Chlorgas. Nehmen Sie das Beispiel der Erfassung der Sauerstoffkonzentration. Sauerstoff wird beim Eintritt in die Kathode reduziert. Die reduzierten Elektronen fließen durch das Amperemeter zur Anode. Gleichzeitig wird dort das Bleimetall oxidiert. Dabei wird die Stromgröße mit der Sauerstoffkonzentration korreliert. Der Sensor hat eine sehr hohe Empfindlichkeit.

Der Elektrolysesensor mit konstantem Potential bringt das zu detektierende Gas in ein spezifisches elektrisches Feld. Und dann wird es diese Gase ionisieren. Gleichzeitig erkennen sie die Gaskonzentration anhand des durch sie fließenden Elektrolysestroms. Dieser Sensortyp eignet sich besonders für die Detektion von reduzierenden Gasen. Die Sensoren sind wichtig für die Erkennung von giftigen und gefährlichen Gasen. Sie werden häufig zur Gasüberwachung von Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak usw. verwendet.

Vorteile:

• Kleine Größe.
• Energieeffizient.
• Langes Leben.
• Auflösung bis 0,1 ppm.

Nachteile:

• Störanfällig.
• Die Empfindlichkeit wird leicht durch Temperaturunterschiede beeinflusst.

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Katalytische Verbrennungsgassensoren

Katalytische Brandgassensoren eignen sich zur Detektion von explosionsgefährlichen brennbaren Gasen. Diese brennbaren Gaskonzentrationen liegen zwischen der unteren Explosionsgrenze (UEG) und der oberen Explosionsgrenze (OEG). Diese Sensoren haben eine hochtemperaturbeständige Katalysatorschicht auf der Oberfläche des Platinwiderstands. Das Brenngas wird bei Erreichen der Temperaturschwelle an seiner Oberfläche katalytisch verbrannt. Dabei wirkt sich die Verbrennung auf den Platinwiderstand aus und die Temperatur steigt an. Gleichzeitig ändert sich der Widerstand. Dabei ist der Wert der Widerstandsänderung eine Funktion der Konzentration des brennbaren Gases. Der Sensor kann zur Detektion von brennbaren Gasen wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan usw. verwendet werden.

Vorteile:

• Kleine Größe.
• Einfache Struktur.
• Gute Stabilität.

Nachteile:

• Keine Selektivität im Bereich brennbarer Gase.
• Muss mit dunklem Feuer arbeiten; die Gefahr einer Zündexplosion ist größer.

Optische Gassensoren

Optische Gassensoren sind eine effektive alternative Methode zur Messung brennbarer Gase. Die meisten Menschen werden diesen Sensor für den industriellen Einsatz verwenden. Viele elektromagnetische Wellen können in optischen Gassensoren verwendet werden. Dazu gehören Infrarot-Gassensoren, Ultraviolett-Gassensoren und photoelektrische kolorimetrische Sensoren.

Infrarot-Gassensoren sind die typische Art von absorbierenden optischen Gassensoren. Es eignet sich zur Messung von sauerstofffreien Umgebungsgasen oder hohen Kohlendioxidkonzentrationen. Dieser Sensortyp basiert auf den spektralen Eigenschaften der Infrarotabsorption des zu messenden Gases. Es ist auch auf das Arbeitsprinzip des thermischen Effekts anwendbar. Dieses Funktionsprinzip ermöglicht es, die Konzentration eines bestimmten Gases zu messen. Infrarotsensoren werden typischerweise im Spektralbereich von 1–25 Mikrometer verwendet. Die Typen, die üblicherweise verwendet werden, sind DIR dispersives Infrarot und NDIR nicht-dispersives Infrarot.

Infrarotsensoren sind sehr effektiv bei der Unterscheidung zwischen Gasarten. Nichtdispersive NDIR-Infrarotsensoren verwenden eine spektrale Lichtquelle. Es hat kein Spektralgitter oder Prisma, um das Licht zu teilen. Angenommen, das Licht gelangt durch den Strahlengang des Zielgases in den Infrarotsensor. Wir können die Konzentration des Zielgases bestimmen, indem wir die Intensität des in den Sensor einfallenden Infrarotlichts messen. Angenommen, es gibt kein Zielgas in der Umgebung. Dann ändert sich sein Licht nicht. Einfach ausgedrückt, das Zielgas tritt in die Gaskammer ein und absorbiert einen Teil des Infrarotlichts. Dann reduziert Infrarotlicht die Intensität des Lichts, das den Sensor erreicht.

Vorteile:

• Die Lichtquelle muss nicht moduliert werden.
• Keine mechanisch beweglichen Teile.
• Wartungsfrei.
• Lange Lebensdauer.

Nachteile:

• Hohe Produktionskosten.
• Einschränkungen.

Umweltfragen sind seit langem weltweit ein heißes Thema. Menschen können Gassensoren verwenden, um die Konzentration von giftigen, brennbaren, explosiven, Kohlendioxid- und anderen Gasen zu verfolgen. Das Aufkommen von Gassensoren hilft den Menschen, die Umwelt besser zu schützen.

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Über GAS-Sensor-Problem

1. Was sind Gassensoren und wie funktionieren sie?

   Gassensoren sind Geräte, die das Vorhandensein von Gasen in der Luft erkennen. Sie verwenden einen elektronischen Sensor, um die Konzentration eines bestimmten Gases in der Luft zu messen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

2. Welche Arten von Gasen können Gassensoren erkennen?

   Gassensoren erkennen verschiedene Gase, darunter Kohlenmonoxid, Methan, Schwefelwasserstoff, Sauerstoff und flüchtige organische Verbindungen (VOCs).

3. Was sind die Anwendungen von Gassensoren in verschiedenen Branchen?

   Gassensoren haben eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen, darunter industrielle Fertigung, Öl und Gas, Umweltüberwachung, Gesundheitswesen und Landwirtschaft.

4. Welche Vorteile bietet der Einsatz von Gassensoren in industriellen Prozessen?

   Der Einsatz von Gassensoren in industriellen Prozessen kann dazu beitragen, die Sicherheit am Arbeitsplatz zu verbessern, das Risiko von Explosionen oder Bränden zu verringern, die Produktqualität zu verbessern und die Effizienz zu steigern.

5. Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Gassensors berücksichtigt werden?

   Bei der Auswahl eines Gassensors sollten Faktoren wie die Art des zu detektierenden Gases, der Konzentrationsbereich, die Betriebsumgebung und die erforderliche Ansprechzeit berücksichtigt werden.

6. Wie genau sind Gassensoren und was sind die potenziellen Einschränkungen?

   Die Genauigkeit von Gassensoren kann je nach Art des Gassensors und den Bedingungen, unter denen er verwendet wird, variieren. Einige potenzielle Einschränkungen von Gassensoren umfassen Interferenzen durch andere Gase oder Umweltfaktoren und die Notwendigkeit einer regelmäßigen Kalibrierung und Wartung.

7. Wie können Gassensoren zur Verbesserung der Arbeitssicherheit beitragen?

   Gassensoren können dazu beitragen, die Sicherheit am Arbeitsplatz zu verbessern, indem sie das Vorhandensein gefährlicher Gase in der Luft erkennen und Arbeiter vor potenziellen Gefahren warnen. Dies kann dazu beitragen, Unfälle und Verletzungen am Arbeitsplatz zu vermeiden.

8. Was sind die Konformitätsanforderungen für die Verwendung von Gassensoren in industriellen Umgebungen?

   Die Konformitätsanforderungen für den Einsatz von Gassensoren in industriellen Umgebungen variieren je nach Branche und spezifischer Anwendung. Unternehmen sollten generell sicherstellen, dass ihre Gassensoren den einschlägigen Sicherheits- und Umweltvorschriften entsprechen.

9. Wie können Gassensoren für eine optimale Leistung gewartet und kalibriert werden?

   Gassensoren sollten regelmäßig kalibriert und gewartet werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Dies kann die Reinigung des Sensors, den Austausch von Teilen nach Bedarf und die Durchführung regelmäßiger Kalibrierungsprüfungen umfassen.

10. Welche Fortschritte werden in der Gassensorik gemacht und welche Auswirkungen werden sie auf die Branche haben?

    Fortschritte in der Gassensortechnologie konzentrieren sich auf die Verbesserung der Genauigkeit, die Verkürzung der Reaktionszeit und die Erweiterung des Bereichs der detektierbaren Gase. Es wird erwartet, dass diese Fortschritte die Branche erheblich beeinflussen, die Sicherheit und Effizienz am Arbeitsplatz verbessern und neue Anwendungen in Bereichen wie Umweltüberwachung und Gesundheitswesen ermöglichen.