Обнаружение различных газов в помещениях или в составе выхлопных газов осуществляется с помощью газовых датчиков. В присутствии определенных газов (например, СО2, СО, О2 или Н2) они вырабатывают электрические сигналы, которые более или менее специфичны для различных веществ При этом используются различные физические и химические эффекты, которые более или менее подробно будут описаны ниже. Кроме этих простых и надежных газовых детекторов для более ответственных применений существуют еще оптические фотометры, превосходящие газовые детекторы по селективности и точности. Правда, они гораздо дороже и сложнее по устройству.
Для простых применений, когда можно обойтись умеренной точностью и селективностью, применяют следующие устройства:
§ термокондуктометрические ячейки (СО2, SО2, SF6);
§ термохимические (каталитические) ячейки (СО, взрывоопасные и горючие газы),
§ полупроводниковые датчики (спирты, H2S, углевводороды, токсичные газы);
§ топливные ячейки (кислород).
Термохимическая ячейка обеспечивает часто необходимую потребность в измерении содержания горючих газов — особенно монооксида углерода (СО).
Рисунок 4.10 – Каталитическая ячейка для обнаружения горючим газов
Термохимическая ячейка (рисунок 4.10) имеет две измерительные платиновые спирали, включенные в измерительный мост, содержащий еще два постоянных сопротивления. Если одну из спиралей покрыть слоем активного катализатора, а вторую — слоем пассивного катализатора, то находящийся в атмосфере монооксид углерода (СО) будет реагировать с кислородом воздуха па активном катализаторе, образуя диоксид углерода (СО2). Выделяющаяся в результате этой реакции тепловая энергия вызывает повышение сопротивления активной спирали, а в итоге — заметный разбаланс моста. С помощью такого датчика можно обнаруживать весьма незначительные концентрации СО порядка 10-4 %. В атмосфере помещения минимальный возможный уровень измерения составляет 2·10-2 % СО. В принципе, кроме СО, с помощью этой ячейки могут быть обнаружены все горючие газы. Соответствующим подбором катализатора и температуры проволоки можно достигнуть определенной избирательности.
Область применения датчиков этого типа включает в себя контроль таких объектов, как гаражи, уличные туннели, стенды для испытания автомобилей и двигателей, убежища, склады, рабочие помещения, бомбоубежища гражданской обороны, коксовые установки.
Полупроводниковые датчики. В самых простых и дешевых газовых датчиках используется изменение электрического сопротивления некоторых полупроводниковых материалов, возникающее вследствие адсорбции газа. На рисунок 4.11 показано принципиальное устройство такого полупроводникового датчика. Он состоит из керамической основы, способной выдерживать нагрев до 100..500 °С. На этой керамической основе находятся два электрода, между которыми наносится полупроводящий оксид металла. Если газ проходит над этим активированным слоем оксида металла, то проводимость последнего изменяется. С помощью мостовой схемы это изменение проводимости преобразуется в изменение напряжения. Важнейшим материалом для обнаружения различных газов среди чувствительных элементов некоторых датчиков является диоксид олова SiO2 с различными легирующими добавками. Подбором легирующей добавки и рабочей температуры можно достигнуть определенного повышения избирательности.
Рисунок 4.11 – Измерительная ячейка полупроводникового датчика для обнаружения вредных (токсичных) газов.