Cảm biến khí gas là gì? Phân loại và nguyên lý hoạt động

Việc hiểu về cảm biến khí gas là rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho con người và môi trường sống. Vậy cảm biến này có những loại nào, nguyên lý hoạt động ra sao? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn tìm hiểu chi tiết thông tin về các loại cảm biến này.

Khái niệm cảm biến khí gas là gì?

Đây là một thiết bị được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của khí gas trong môi trường xung quanh. Nó có thể được sử dụng để giám sát mức độ ô nhiễm của không khí hoặc để phát hiện khí gas nguy hiểm. Ví dụ như khí propane, methane, CO, CO2, H2S, NOx, SOx…

Loại cảm biến này sử dụng các phản ứng vật lý hoặc hóa học để chuyển đổi các loại khí khác nhau thành tín hiệu điện và xuất ra các giá trị sau khi tính toán. Nhờ khả năng làm việc hiệu suất cao nên thiết bị này được sử dụng rộng rãi để phát hiện khí độc, có hại và rò rỉ khí tự nhiên. Ví dụ như trong các mỏ than, dầu khí, hóa chất, thành phố, y tế, giao thông vận tải, gia đình…

Nguyên lý hoạt động

Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý các loại khí khác nhau sẽ tương tác với các chất khác nhau và làm làm thay đổi điện trở của vật liệu dẫn điện. Mà vật liệu dẫn điện ở đây cụ thể là chất bán dẫn hoặc oxide kim loại.

Khi khí gas tương tác với vật liệu dẫn điện, nó sẽ làm thay đổi điện trở của vật liệu này. Cảm biến sử dụng một mạch điện để đo lường điện trở này và phát hiện sự thay đổi khi có sự hiện diện của khí gas.

Phân loại cảm biến khí gas phổ biến hiện nay

Mỗi loại cảm biến này đều có những ứng dụng và đặc điểm riêng biệt, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Dựa theo nguyên lý làm việc, hiện nay bên cạnh máy đo khí gas chuyên dụng để phát hiện các sự cố về khí gas gây ra thì còn một số loại cảm biến khí gas khác như:

Cảm biến khí gas bán dẫn

Thiết kế của loại cảm biến này sử dụng các vật liệu bán dẫn như SnO2 (oxit thiếc) hoặc WO3 (oxit wolfram) để phản ứng với khí và thay đổi điện trở của nó. Khi khí được phát hiện, sự thay đổi điện trở này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện để cảnh báo người sử dụng về sự hiện diện của khí đó.

Các ứng dụng của cảm biến khí gas bán dẫn rất đa dạng. Từ kiểm soát môi trường trong phòng sạch, phát hiện khí độc trong không khí, đến giám sát chất lượng không khí trong xe hơi. Cảm biến này có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các hệ thống điều khiển để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Cảm biến khí gas điện hóa điện hóa

Đây là một loại cảm biến dùng để phát hiện khí trong môi trường xung quanh bằng cách sử dụng phản ứng điện hóa giữa khí và điện cực. Cảm biến này bao gồm hai điện cực được đặt trong một chất lỏng dẫn điện và tách ra bằng một lớp màng mỏng. Khi khí tương tác với màng này, các phản ứng điện hóa xảy ra tạo ra một sự khác biệt điện thế giữa hai điện cực, được đo bằng một mạch đo.

Các loại cảm biến khí gas điện hóa khác nhau có thể phản ứng với các loại khí khác nhau nên được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Ví dụ như sử dụng để phát hiện khí CO (carbon monoxide) trong nhà, khí NOx (nitrogen oxides) trong xe hơi, hoặc khí H2S (hydrogen sulfide) trong các ngành công nghiệp.

Ưu điểm

Chúng có độ nhạy cao và có thể phát hiện các loại khí với mức độ rất thấp. Đồng thời, loại cảm biến này có thể được sử dụng trong các ứng dụng độc lập hoặc kết hợp với các hệ thống điều khiển khác để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

Một số loại khí có thể được đo lường bằng cảm biến này bao gồm khí CO2, khí metan, khí axit nitric, khí sulfur dioxide và khí ammonia.

Cảm biến rò rỉ khí gas NDIR

NDIR (Non-Dispersive Infrared) là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện rò rỉ khí gas trong môi trường. Cảm biến khí gas này sử dụng nguyên lý đo sự hấp thụ của khí gas đối với ánh sáng hồng ngoại để xác định nồng độ khí trong không khí.

Cụ thể, nó sử dụng một nguồn sáng hồng ngoại để phát ra tín hiệu ánh sáng có bước sóng cụ thể. Sau đó, ánh sáng này được dẫn qua một mẫu khí cần đo. Trong đó nếu có khí gas được hấp thụ, năng lượng của ánh sáng sẽ bị giảm đi. Một máy đo ánh sáng được đặt ở phía bên kia của mẫu khí sẽ đo lượng ánh sáng bị giảm và dựa trên đó tính toán nồng độ khí gas.

Ứng dụng

NDIR thường được sử dụng trong các ứng dụng đo nồng độ khí gas trong các phòng thí nghiệm, trong các nhà máy sản xuất và trong các ứng dụng xử lý nước thải. Ứng dụng của nó cũng có thể mở rộng sang các lĩnh vực khác như kiểm tra an toàn tại các khu vực công nghiệp, đo khí thải của xe cộ hoặc tàu thủy.

Các loại khí có thể được đo lường bằng cảm biến này bao gồm khí CO2, khí metan, khí axit nitric, khí sulfur dioxide và khí ammonia.

> Có thể bạn quan tâm

• Đo nồng độ CO2 trong không khí nên dùng máy nào thì tốt?
• Khí CO là gì? Có độc không? Cách nhận biết khí CO

Cảm biến khí gas xúc tác

Loại cảm biến phát hiện và đo nồng độ khí gas trong môi trường bằng cách sử dụng phản ứng hóa học giữa khí gas và chất xúc tác để tạo ra tín hiệu điện. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý: khí gas sẽ tương tác với chất xúc tác, tạo ra các phản ứng hóa học mà có thể đo được bằng các phương pháp điện hóa.

Khi một khí gas đi qua cảm biến, nó tương tác với chất xúc tác trên bề mặt của điện cực. Phản ứng hóa học giữa khí gas và chất xúc tác tạo ra một tín hiệu điện thay đổi, và độ lớn của tín hiệu điện này tỉ lệ thuận với nồng độ khí gas trong môi trường. Tín hiệu điện này được đưa đến một bộ điều khiển để tính toán và hiển thị nồng độ khí gas.

Ứng dụng 

Thiết bị được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Bao gồm các hệ thống kiểm soát chất lượng không khí trong nhà máy, kiểm soát khí thải xe hơi và đo nồng độ khí trong các phòng thí nghiệm. Cảm biến này cũng được sử dụng trong các ứng dụng y tế, để kiểm soát oxy hóa của máu trong các bệnh lý tim mạch và đo khí thở của bệnh nhân.

Các cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện các khí độc, như khí CO, NOx và SO2…

Cảm biến khí gas quang hóa

Bạn cũng có thể sử dụng loại cảm biến này để phát hiện và đo nồng độ các loại khí gas trong môi trường. Nó hoạt động bằng cách sử dụng tín hiệu quang học (nguồn sáng laser phát ra tia sáng) để đo nồng độ khí gas. Tia sáng này được dẫn qua mẫu khí cần đo. Nếu có khí gas được phát hiện, nó sẽ tương tác với tia sáng để tạo ra các phản ứng hóa học quang học. Các phản ứng này sẽ tạo ra tín hiệu quang học, được đo và phân tích để xác định nồng độ khí gas.

Ứng dụng 

Loại cảm biến này được sử dụng rộng rãi như sau:

– Trong các ứng dụng công nghiệp: bao gồm kiểm soát chất lượng không khí trong nhà máy, kiểm soát khí thải xe hơi, đo nồng độ khí trong các phòng thí nghiệm…

– Trong các ứng dụng chẩn đoán y tế: như đo các khí trong hơi thở của bệnh nhân.

– Trong các ứng dụng kiểm soát môi trường: bao gồm giám sát nồng độ khí gas trong không khí trong các khu vực đô thị và trong các ứng dụng khai thác dầu mỏ.

Cảm biến khí gas từ tính

Thiết bị này được sử dụng để phát hiện và đo nồng độ các loại khí gas trong môi trường bằng cách sử dụng các nguyên lý của từ trường. Nó sử dụng một cặp nam châm mạnh để tạo ra một lực từ trường và sử dụng lực từ này để đo sự tương tác của khí gas với từ trường.

Khi một khí gas đi qua cảm biến, nó tương tác với lực từ trường tạo ra bởi cặp nam châm, tạo ra một sự thay đổi trong độ lớn và hướng của lực từ. Thay đổi này được đo và phân tích để xác định nồng độ khí gas.

Ứng dụng 

Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và môi trường, bao gồm:

– Giám sát các khí trong không khí ở các khu vực đô thị

– Kiểm soát chất lượng không khí trong nhà máy

– Kiểm soát khí thải xe hơi…

– Ứng dụng trong khai thác dầu mỏ và khí đốt

– Ứng dụng trong y tế: bao gồm giám sát các khí trong hơi thở của bệnh nhân và trong các phòng thí nghiệm y học để đo nồng độ khí gas trong các mẫu.

Cảm biến khí gas dẫn nhiệt

Loại cảm biến này hoạt động bằng cách sử dụng nguyên lý là khí gas có độ dẫn nhiệt khác nhau so với không khí. Cảm biến sẽ phản ứng với khí gas để tạo ra sự thay đổi nhiệt độ. Sau đó đo sự thay đổi nhiệt độ đó để xác định nồng độ khí gas.

Nó sẽ sử dụng một cặp cảm biến nhiệt độ, một trong đó được phủ lớp vật liệu dẫn nhiệt. Đây là điểm mà các loại cảm biến khí khác không có. Khi khí gas đi qua cảm biến, nó sẽ tương tác với cảm biến nhiệt độ được phủ lớp vật liệu dẫn nhiệt, gây ra sự thay đổi nhiệt độ. Thay đổi này sẽ được đo và phân tích để xác định nồng độ khí gas.

Ứng dụng

– Trong công nghiệp: kiểm soát chất lượng không khí trong nhà máy, kiểm soát khí thải xe hơi…, khai thác dầu mỏ và khí đốt

– Trong y tế: giám sát các khí trong hơi thở của bệnh nhân

– Trong nghiên cứu của các phòng thí nghiệm y học: đo nồng độ khí gas trong các mẫu.

Trên đây là tổng hợp các loại cảm biến khí gas cũng như đặc điểm và nguyên lý hoạt động của mỗi loại. Hy vọng qua đó bạn đã hiểu thêm rõ hơn về loại cảm biến này để lựa chọn và sử dụng phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Góp phần mang lại hiệu quả cho công việc cũng như đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường. Nếu có nhu cầu mua máy đo khí gas hãy liên hệ với TKTECH qua hotline nhé!