Czujniki gazu są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, w tym do wykrywania i zapobiegania wyciekom niebezpiecznych gazów i toksycznych zanieczyszczeń. Czujniki te mogą być wykonane w różnych technologiach i są powszechnie używane do odczytu stężenia ppm lub % objętości.
Resistywne czujniki gazu wykorzystują niestechiometryczne półprzewodzące tlenki metali, takie jak SnO2, ZnO i TiO2, do monitorowania zmiany przewodności elektrycznej materiału czujnika w obecności gazu. Zmiana ta jest wywoływana przez reakcję redukcji pomiędzy cząsteczkami gazu a warstwą czułą.
Temperatura
Kiedy czujnik gazu wchodzi w kontakt z gazem, zmienia swoją rezystancję, wskazując obecność tego gazu. Reakcja ta służy jako skala czujnika, a kiedy wartość oporu przekroczy ustalony poziom, urządzenie włączy alarm, aby ostrzec Cię o niebezpiecznym poziomie tego gazu.
Reakcja czujnika gazu na temperaturę jest ważna, ponieważ pozwala nam obliczyć energię kinetyczną cząsteczek w układzie. Jeśli gaz jest gorętszy od innego, to jego cząsteczki mają większą średnią energię kinetyczną, a więc będą poruszać się w szybszym tempie losowym.
To właśnie ta średnia energia kinetyczna jest używana do definiowania temperatury, którą można mierzyć w stopniach Fahrenheita, Celsjusza lub Kelvina. Temperatura jest kluczowym elementem większości termometrów i może być również wykorzystywana do pomiaru wielu innych właściwości fizycznych w atmosferze.
Stężenie
Czujniki gazu reagują na stężenie gazów w powietrzu i przekształcają je w standardowe sygnały elektryczne. Ta technologia czujników jest szeroko stosowana do wykrywania szkodliwych gazów i wycieków gazu ziemnego.
Na działanie czujnika gazu wpływa kilka różnych czynników, w tym temperatura, stężenie i opór. Ponadto, wybór odpowiedniego czujnika jest ważny, ponieważ będzie miał znaczący wpływ na dokładność i powtarzalność pomiaru.
Czujniki przewodnictwa cieplnego gazów mierzą ich stężenie, przekształcając różnicę w przewodności cieplnej między różnymi gazami i powietrzem w zmianę oporu w obwodzie. Jest to bardzo czuły czujnik, który może dostarczyć informacji o stężeniu danego gazu w krótkim czasie.
Gdy do czujnika wprowadzany jest gaz, zmienia on bilans jonów tlenu zużywanych i wytwarzanych na powierzchni. Zmienia to szybkość reakcji czujnika. Prowadzi to również do zmiany czasu reakcji czujnika i czasu regeneracji.
Opór
W czujniku gazu reakcja gazu z powierzchnią elementu pomiarowego powoduje zmianę wartości oporu. Jest to podstawa pomiaru stężenia gazu.
Gaz adsorbuje się na powierzchni materiału czujnika i reaguje z atomami tlenu. Kiedy szybkość zużywania i wytwarzania jonów tlenu jest zrównoważona, całkowita liczba miejsc aktywnych i liczba jonów tlenu na powierzchni czujnika nie zmienia się.
Resystywne czujniki gazu oparte na SMOxs są jednymi z najbardziej atrakcyjnych materiałów do różnych zastosowań ze względu na ich prostą zasadę działania, wysoką czułość i niski koszt. Jednak ich selektywność, stabilność i czułość muszą być dostrojone do praktycznych zastosowań.
Czułość krzyżowa
Kiedy gaz dociera do czujnika, zachodzi reakcja elektrochemiczna. Powoduje to przepływ elektronów z elektrody roboczej czujnika do elektrody przeciwnej. W zależności od rodzaju gazu prąd jest wzmacniany i wyświetlany w częściach na milion (PPM) w przypadku czujników gazów toksycznych lub w procentach objętości (% vol) w przypadku czujników tlenu. Może to być cenne narzędzie dla pracowników, którzy muszą wiedzieć, jakie gazy są obecne w ich otoczeniu.
Ostatnio opracowano czujniki gazu oparte na fluorescencji, w których zastosowano kilka różnych barwników wrażliwych na różne gazy analityczne [11, 12]. Jednakże rozwój takich urządzeń jest utrudniony przez efekty krzyżowej czułości powstające w wyniku połączenia wielu analitów.
