ガスセンサーとは？

ガス センサー は、人々がガスの組成と濃度を検出するための重要なデバイスの 1 つです。 人々の安全な生産に十分なセキュリティを提供します。このホワイト ペーパーでは、主な 6 種類のガス センサーについて説明します。これらには、半導体、熱伝導率、固体電解質、および電気化学ガスセンサーが含まれます。また、一部の触媒燃焼および光学タイプのガスセンサー。

ガスセンサーとは？

ガスセンサーは、特定の領域における対象ガスの有無を検出できます。 また、目的のガス成分の濃度を測定するためにも使用されます。対象ガスの体積分率を電気信号に変換する方式です。

ガスセンサーは、物理的および化学的作用に基づいて、特定の領域内の対象ガス成分の濃度を計算します。 次に、取得した情報を標準の電気信号に変換します。ユーザーは、収集した情報に基づいて特定のガスを追跡および分析できます。

ガスセンサーの検出ヘッドは、ガスサンプルにコンディショニング効果をもたらします。検出器ヘッドは、不純物や干渉ガスをろ過し、乾燥または冷蔵してメーターの表示部分を処理します。

実生活では、人々は主に有毒ガスや有害ガス、天然ガスの漏れを検出するためにそれを適用しています。

さまざまなタイプのガスセンサーと検出ガスのリスト:

ガスセンサータイプ	検知されたガス
一酸化炭素 (CO) センサー	一酸化炭素
メタン (CH4) センサー	メタン
硫化水素 (H2S) センサー	硫化水素
酸素 (O2) センサー	空気
揮発性有機化合物 (VOC) センサー	ベンゼン、トルエン、キシレン、その他のVOC
二酸化窒素 (NO2) センサー	二酸化窒素
アンモニア (NH3) センサー	アンモニア
二酸化炭素（CO2）センサー	二酸化炭素
塩素（Cl2）センサー	塩素
二酸化硫黄 (SO2) センサー	二酸化硫黄

ガスセンサーの種類

多くの種類のガスセンサー技術が市場に出回っています。反応の仕方によって大きく4つに分類できます。これらのカテゴリは、電気化学、赤外線、接触燃焼、および半導体ガス センサーです。反応メカニズムは、電気化学、電気抵抗、超音波などに分類できます。

センサー検出の原理に基づいて、当社の一般的なタイプのガスセンサーは次のとおりです。

• 半導体式ガスセンサー
• 熱伝導率ガスセンサー
• 固体電解質ガスセンサー
• 電気化学ガスセンサー
• 触媒燃焼ガスセンサー
• 光学式ガスセンサー

半導体ガスセンサー

半導体ガスセンサーは、さまざまな民生用ガスの検出ニーズを満たします。 このセンサーは、ガスセンサーのほぼ 60% を占めています。半導体ガスセンサーは、使用する材料によって2種類に分けられます。 1つは、一般的な金属酸化物半導体ガスセンサーです。もう一つは有機半導体ガスセンサーです。どちらも、名前から使用されている素材に関する情報を簡単に取得できます。このタイプのセンサーの導電率は、特定の温度での周囲の対象ガスの含有量によって異なります。より典型的な例は、アルコールセンサーです。二酸化スズは、アルコールセンサーでアルコールガスに遭遇すると抵抗が減少します。

利点:

• シンプルな構造。
• 低価格。
• 検出感度が高い。

短所:

• 測定直線範囲が小さい。
• バックグラウンドガス干渉を受けやすい。
• 周囲温度の影響を受けやすい。

熱伝導ガスセンサー

熱伝導ガスセンサーは、人類がガス検知に使用した最初のセンサーです。 このセンサーは、ガスに関する情報を電気信号に変換します。 収集した情報は、研究者が対象ガスを検出して分析するのに役立ちます。熱伝導ガスセンサーの動作原理は単純です。それらは、熱伝導率がターゲットガスの含有量によって変化するという事実に基づいています。各ガスには固有の熱伝導率があります。導電性要素を使用して、熱伝導率が大きく異なるこれらのガスを区別することができます。このようなセンサーは、水素、二酸化炭素、メタンの検出に広く使用されています。

異なるガスの熱伝導率：

ガス	温度℃	熱伝導率 W/(m・℃)
水素	0	0.17
二酸化炭素	0	0.015
空気	0	0.024
空気	100	0.031
メタン	0	0.029
水蒸気	100	0.025
窒素	0	0.024
エチレン	0	0.017
空気	0	0.024
エタン	0	0.018

利点:

• 安定性良好。
• 長寿命。
• 正確な測定。

短所:

• 適用範囲が狭い。
• 多くの制限。

続きを読む： マルチメーターで 3 線式クランク センサーをテストする方法

固体電解質ガスセンサー

固体電解質ガスセンサは、選択性の高いガス検知センサです。 センサーは、イオンまたはプロトンの移動に依存しています。また、ガス濃度を決定するために、イオンまたは陽子の伝導によって生じる電位差にも依存しています。 ZrO2 酸素センサーは、最も代表的なガス検知センサーの 1 つです。このセンサーは応答が速く、継続的な検出のために追跡できます。固体電解質ガス センサーは、冶金、石油化学、航空宇宙、輸送の分野で使用されています。

利点:

• 高感度。
• 長寿命。
• 高導電性。

短所:

長い応答時間。

電気化学ガスセンサー

電気化学ガスセンサーは、主に検出されるガスの電気化学的活動を利用します。 ターゲットガスを電気化学的に酸化または還元します。これらの化学反応を利用して、ガスの組成を区別し、その濃度を検出します。電気化学ガスセンサーは、主に外部回路内の特定のガスの濃度を測定するために使用されます。

次の 2 つのガス センサーは、一般的に電気化学的に使用されます。

一次電池型ガスセンサーは、乾電池と同様の原理で動作します。 それらは、ガス電極がセルの炭素マンガン電極に取って代わるという点で異なります。このセンサーが感知できるガスはたくさんあります。その中には 空気、二酸化硫黄、および塩素ガス。酸素濃度を検出する例を考えてみましょう。酸素はカソードに入ると還元されます。還元された電子は電流計を通って陽極に流れます。同時に、そこにある鉛金属が酸化されます。この過程で、電流の大きさは酸素濃度と相関します。センサーの感度は非常に高いです。

定電位電解センサーは、検出するガスを特定の電界に配置します。 そして、これらのガスをイオン化します。同時に電解電流を流してガス濃度を検出します。このタイプのセンサーは、還元ガスの検出に特に適しています。センサーは、有毒ガスや有害ガスの検出に重要です。一酸化炭素、硫化水素、アンモニアなどのガス監視に広く使用されています。

利点:

• 小さいサイズ。
• 低消費電力。
• 長い人生。
• 分解能は最大 0.1 ppm。

短所:

• 干渉を受けやすい。
• 感度は温度差の影響を受けやすい。

続きを読む： ABSセンサーのテスト方法

触媒燃焼ガスセンサー

触媒燃焼ガスセンサーは、爆発の危険がある可燃性ガスの検出に適しています。 これらの可燃性ガス濃度は、爆発下限界 (LEL) と爆発上限界 (UEL) の間にあります。これらのセンサは、白金抵抗体の表面に高温耐性の触媒層を備えています。可燃性ガスは、温度しきい値に達すると、その表面で触媒燃焼されます。このプロセス中に、燃焼がプラチナ抵抗器に影響を与え、温度が上昇します。同時に抵抗値が変化します。ここで、抵抗変化の値は、可燃性ガスの濃度の関数を表す。このセンサは、水素、一酸化炭素、メタンなどの可燃性ガスの検出に使用できます。

利点:

• 小さいサイズ。
• シンプルな構造。
• 安定性良好。

短所:

• 可燃性ガスの範囲では選択性がありません。
• 暗い火で作業する必要があります。着火爆発の危険性が高くなります。

光学式ガスセンサー

光学式ガスセンサーは、可燃性ガスを測定する効果的な代替方法です。 ほとんどの人は、このセンサーを産業用に使用します。光学式ガスセンサーでは、多くの電磁波を使用できます。これらには、赤外線ガスセンサー、紫外線ガスセンサー、および光電比色センサーが含まれます。

赤外線ガスセンサーは、吸収型光学式ガスセンサーの代表的なタイプです。無酸素雰囲気ガスや高濃度の二酸化炭素の測定に適しています。このタイプのセンサーは、測定対象ガスの赤外線吸収スペクトル特性に基づいています。また、熱効果の動作原理にも適用できます。この動作原理により、特定のガスの濃度を測定できます。赤外線センサーは通常、1 ～ 25 ミクロンのスペクトル範囲で使用されます。一般的に使用されるタイプは、DIR 分散型赤外線と NDIR 非分散型赤外線です。

赤外線センサーは、ガスの種類を区別するのに非常に効果的です。 NDIR 非分散赤外線センサーは、スペクトル光源を使用します。光を分割するスペクトル グレーティングやプリズムはありません。光が対象ガスの光路を通って赤外線センサーに到達したとします。センサに入射する赤外線の強度を測定することで、対象ガスの濃度を知ることができます。環境内に対象ガスがないと仮定します。その後、その光は変化しません。簡単に言えば、対象ガスがガス室に入り、赤外線の一部を吸収します。次に、赤外線がセンサーに到達する光の強度を低下させます。

利点:

• 光源を変調する必要はありません。
• 機械的な可動部分はありません。
• メンテナンスフリー。
• 長寿命。

短所:

• 生産コストが高い。
• 制限。

環境問題は、世界中で長い間関心を集めてきた話題の 1 つです。ガス センサーを使用して、毒性、可燃性、爆発性、二酸化炭素、およびその他のガスの濃度を追跡できます。ガスセンサーの出現は、人々が環境をより良く保護するのに役立ちます。

続きを読む： ノックセンサーのテスト方法

---

ガスセンサーの不具合について

1. ガスセンサーとは何ですか、またどのように機能しますか?

   ガスセンサーは、空気中のガスの存在を検出するデバイスです。電子センサーを使用して、空気中の特定のガスの濃度を測定し、それを電気信号に変換します。

2. ガスセンサーで検知できるガスの種類は？

   ガスセンサーは、一酸化炭素、メタン、硫化水素、酸素、揮発性有機化合物 (VOC) など、さまざまなガスを検出します。

3. さまざまな業界でのガスセンサーの用途は何ですか?

   ガスセンサーは、工業製造、石油およびガス、環境モニタリング、ヘルスケア、農業など、さまざまな業界でさまざまな用途があります。

4. 工業プロセスでガスセンサーを使用する利点は何ですか?

   産業プロセスでガス センサーを使用すると、職場の安全性が向上し、爆発や火災のリスクが軽減され、製品の品質が向上し、効率が向上します。

5. ガスセンサーを選択する際に考慮すべき要素は何ですか?

   ガスセンサの選定にあたっては、検知するガスの種類、濃度範囲、使用環境、必要な応答時間などを考慮する必要があります。

6. ガスセンサーの精度と潜在的な制限は何ですか?

   ガスセンサーの精度は、ガスセンサーの種類や使用条件によって異なります。ガスセンサーの潜在的な制限には、他のガスや環境要因からの干渉、定期的な校正とメンテナンスの必要性などがあります。

7. ガスセンサーは職場の安全性向上にどのように役立ちますか?

   ガス センサーは、空気中の有害ガスの存在を検出し、潜在的な危険性を労働者に警告することで、職場の安全性を向上させるのに役立ちます。これにより、職場での事故や怪我を防ぐことができます。

8. 工業環境でガスセンサーを使用するためのコンプライアンス要件は何ですか?

   工業環境でガスセンサーを使用するためのコンプライアンス要件は、業界および特定のアプリケーションによって異なります。企業は一般に、ガスセンサーが関連する安全および環境規制に準拠していることを確認する必要があります。

9. 最適な性能を得るために、ガスセンサーをどのように維持および校正できますか?

   ガスセンサーは、最適な性能を確保するために、定期的に校正および保守する必要があります。これには、センサーのクリーニング、必要に応じた部品の交換、および定期的な校正チェックの実施が含まれる場合があります。

10. ガスセンサー技術はどのような進歩を遂げており、業界にどのような影響を与えるでしょうか?

    ガス センサー技術の進歩は、精度の向上、応答時間の短縮、および検出可能なガスの範囲の拡大に重点を置いています。これらの進歩は業界に大きな影響を与え、職場の安全性と効率を改善し、環境モニタリングやヘルスケアなどの分野で新しいアプリケーションを可能にすることが期待されています。