كاشفات الغاز Gas Detectors

.

أنواع الغازات Types of gas

  • غازات قابلة للإشتعال أو الإنفجار  Flammable/Combustible Gases .
  • غازات سامة Toxic Gases .
  • الأكسجين Oxygen .
  • أول أكسيد الكربون Carbon Monoxide .
  • ثاني أكسيد الكبريت Sulfur Dioxide .
  • ثاني أكسيد النيتروجين Nitrogen Dioxide .
  • الهيدروجين Hydrogen .
  • كبريتيد الهيدروجين Hydrogen Sulfide .

*

أنواع تقنيات حساسات كشف الغازات Gas Sensing Technologies

  • حساسات الغازات القابلة للإشتعال Combustible Gas Sensors : تقنية العامل الحفاز Catalytic – تقنية الأشعة تحت الحمراء Infrared .
  • حساسات كبريتيد الهيدروجين  Hydrogen Sulfide Sensors : تقنية كهروكيميائية Electrochemical وتقنية MOS .
  • حساسات الأكسجين Oxygen Sensors : تقنية كهروكيميائية Electrochemical .
  • حساسات أول أكسيد الكربون Carbon Monoxide : تقنية كهروكيميائية Electrochemical .
  • حساسات غاز الكلور Chlorine : تقنية كهروكيميائية Electrochemical .
  • حساسات ثاني أكسيد الكبريت Sulfur Dioxide : تقنية كهروكيميائية Electrochemical .
  • حساسات ثاني أكسيد النيتروجين Nitrogen Dioxide : تقنية كهروكيميائية Electrochemical .

*

حساسات الغازات القابلة للإشتعال أو الإنفجار  Flammable Gases

لكي يحدث حريق يجب أن يتوفر ثلاث عوامل وهي العوامل المذكورة في مثلث الحريق Fire Triangle الموضح في الشكل التالي. ولمنع حدوث الحريق أو الإنفجار يجب إزالة أحد أضلاع المثلث. وهذا ما تهدف إليه كل تقنيات الحماية من الإنفجار وهو إزالة أحد أضلاع المثلث علي الأقل.

.

خليط الأكسجين والوقود

يوجد شرط خاص بكل من الأكسجين والوقود حيث يجب أن يكون الخليط بنسبة صحيحة قابلة للإنفجار حيث أنه لا يعني وجود الوقود والأكسجين واللهب حدوث الإنفجار.

  • إذا قلت النسبة عن حد معين لن يحدث إنفجار رغم توافر الأضلاع الثلاثة لمثلث الحريق.
  • إذا زادت النسبة عن حد معين لن يحدث إنفجار رغم توافر الأضلاع الثلاثة لمثلث الحريق.

ومن هنا تظهر أهمية المصطلح الخاص بـ “الخليط الإنفجاري” Explosive Mixture وهو الخليط الذي يحتوي علي نسبة معينة من الوقود إلي الهواء الجوي تقع ضمن الحدود الإنفجارية Explosive Limits .

  • الحد الإنفجاري الأدني Lower Explosive Limit LEL : هو أقل نسبة خليط للوقود (غاز – بخار) إلي الهواء ويمكن أن يحدث عندها إنفجار.
  • الحد الإنفجاري الأعلي Upper Explosive Limit UEL : هو أعلي نسبة خليط للوقود (غاز – بخار) إلي الهواء ويمكن أن يحدث عندها إنفجار .

*

علي سبيل المثال:

Flammable Gas LEL% UEL%
Hexane (C6H14) 1.2% Vol 7.7% Vol
Hydrogen (H2) 4.0% Vol 75.0% Vol
Mathane (CH4) 5.0% Vol 15.0% Vol
Pentane (C5H12) 1.5% Vol 8.0% Vol
Propane (C3H8) 2.1% Vol 9.5% Vol

*

فكرة عمل حساس العامل الحفاز Catalytic Sensor Operation

  • يعتمد علي التلامس Contact-Based مع الغاز .
  • قياس تدميري Destructive Measurement .
  • طريقة تقليدية Traditional Method .
  • الخيار الوحيد لكشف غاز الهيدروجين Hydrogen .
  • يمكن دمجه مع مرسل للحصول علي إشارة خرج Output Signal عبارة تيار كهربي من 4 – 20 ملي أمبير .
  • عمر تشغيلي من 3- 6 سنوات .

محاكاة متحركة تبين فكرة عمل حساس العامل الحفاز Catalytic Sensor Operation

.

* Contact-based.

* Destructive measurement.

* Traditional method.

* Only option for hydrogen gas detection.

* Used w/ transmitter module to provide 4-20 ma signal output.

* Typical life of 3-6 years

*

  • العنصر الفعال Active Element : عبارة عن مقاومة سلك ساخن مغلفة بمواد حفازة Catalytic Material .
  • العنصر المرجعي Reference Element : نفس نوع مقاومة العنصر الفعال Active Element لكنها غير مغلفة بمادة حفازة Catalyst .
  • الأكسدة التحفيزية Catalytic Oxidation للغاز القابل للإشتعال Flammable Gas يولد حرارة وبالتالي تتغير مقاومة العنصر الفعال Active Element .
  • يتم منع الانفجار بوضع خامد اللهب Flame Arrestor .
  • تحتاج الدائرة لمصدر تغذية ثابت للجهد والتيار .
  • يجب معايرة الجهاز عند البدء و كل فترة بشكل روتيني للتأكد من دقة القياس .

.

* Active Element – Hot wire resistor coated with catalytic material

* Reference Element – Same as active but without catalyst

* Catalytic Oxidation of flammable gas generates heat & changes resistance of Active Element

* Explosion is prevented by Flame Arrestor

* Constant U or I power source required

* Must calibrate on start-up & routinely for accuracy

*

القيود الخاصة حساس العامل الحفاز Catalytic Sensor Limitations

قد يفشل في التحذير نتيجة :

  • تسمم العامل الحفاز Poisoning of Catalyst .
  • انسداد خامد اللهب Flame Arrestor .
  • عند اعطاء قراءة منخفضة عند مستويات عالية للغاز .

.

Fail To Danger:

* Poisoning of Catalyst.

* Plugging of Flame Arrestor.

* Read Low @ High Gas Levels.

*

كاشفات الغازات القابلة للإشتعال بالأشعة تحت الحمراء Infrared Combustible Detectors

 

فكرة العمل Principal of Operation

الغازات شفافة أمام الضوء المرئي Visible Light لكنها غير شفافة ومعتمة جدا أمام بعض الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء .

.

Gases are Transparent to Visible Light But Gases are Strongly Opaque to Infrared Light at Some Wavelengths.

الغازات غير شفافة ومعتمة جدا أمام بعض الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء

مكونات جهاز كشف الغازات القابلة للإشتعال بالأشعة تحت الحمراء Infrared Combustible Detectors

(طريقة استخدام مصدر أشعة واحد وكاشفين للأشعة تحت الحمراء)

*

طريقة استخدام مصدرين وكاشف واحد للأشعة تحت الحمراء

طريقة استخدام مصدرين وكاشف واحد للأشعة تحت الحمراء

.

تعتمد فكرة عمل هذا النوع علي قياس مقدار الإمتصاص في أشعة تحت الحمراء Infrared مارة عبر كمية من الغاز .

مقدار الإمتصاص يتبع قانون Beer – La mbert ، والذي ينص علي أن “النفاذية Transmittance T للإشعاع المار خلال وسط ماص ينخفض ​​بشكل أسي لحاصل ضرب معامل الإخماد Extinction Coefficient A ، والتركيز Concentration C وطول المسار Path Length L“:

T = exp(-ACL)

يستخدم هذا النوع مصدرين للأشعة Dual IR Source ، وكاشف واحد Single IR Detector للأشعة تحت الحمراء . حيث يعمل أحد المصدرين عند طول موجة Wavelength يحدث له امتصاص من غاز معين (أو غازات) (يسمي بطول الموجة النشط Active Wavelength). يعمل المصدر المرجعي Reference  Source عند طول موجة مجاور لطول الموجة النشط Active Wavelength ولكن لا يمتصه الغاز (أو الغازات). وبمقارنة الإشارات من هذين المصدرين يمكن قياس تركيز الغاز باستخدام تقنية الامتصاص التفاضلي Differential  Absorption Technique .

تأتي هذه الطريقة لكشف الغاز تحت ما يعرف باسم مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة Non-Dispersive Infrared   (NDIR)   Absorption   Principle . يتم اختيار الطول الموجي المرجعي والمناسب للتعويض عن أي تداخل يمكن أن يحدث من خلال تغيرات الغلاف الجوي المحيط (مثل الرطوبة والغبار والثلج والضباب والبخار ودرجة الحرارة وما إلى ذلك).

.

This type is based on measuring absorption of infrared radiation passing through a volume of gas.

Absorption of the radiation follows the Beer – La mbert Law, which states “the transmittance T of radiation  through  an  absorbing  medium  decreases  exponentially  by  the  product  of  the   extinction coefficient A, the concentration C and the path length L”:

T = exp(-ACL)

This type uses a dual  source,  single  detector  measurement  method.  One  source operates  at  a  wavelength  where  absorption  of  a specific  gas  (or  gases)  occurs  (the  active wavelength).  The  reference  source  operates  at  a  wavelength  that  is  adjacent  to  the  active wavelength but not absorbed by the gas (or gases). By comparing the signals from these two sources  the  concentration  of  the  gas  can be  measured  using  the  differential  absorption technique.

This  method  of  gas  detection  comes  under  what   is  commonly  known  as  the  non-dispersive infrared   (NDIR)   absorption   principle.   The   reference   wavelength   is   chosen   suitable   to compensate  for  any  interference  that  can  otherwise  occur  from atmospheric  variation  (e.g. humidity, dust, snow, fog, steam, temperature, etc.).

*

لم يكتمل المقال بعد ……..

*

مصطلحات

كاشف الغاز – كاشف الغاز بالأشعة تحت الحمراء – حساس العامل الحفاز لكشف الغاز

Gas Detector – Point IR Gas Detector – Catalytic Gas Sensor

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوك 

***************************************************************

handwave-yellow

مواضيع ذات صلة

 .

أنواع أجهزة الكشف عن الحريق والغاز Types of F&G Detection Devices

.

كاشفات الدخان المفردة Stand Alone Smoke Detectors

.

معلومات حول كاشف الدخان المنزلي

.

handwave-yellow

Share this...شارك المقالة
Share on Facebook
Facebook
Share on Google+
Google+
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sim.com

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق