ROBEX Irányítástechnikai Kft.

1106 Budapest, Maglódi út 17.
C épület I. emelet 112.

E-mail: robex@robex.hu

Telefon: +36 1 431 0424

Fax: +36 1 431 0425

Társadalmi felelősségvállalás:

Gázérzékelés és légtér elemzés

Tisztelt Partnerünk!

Örömmel értesítjük, hogy elindítottuk a ROBEX Irányítástechnikai Kft. hírlevél rendszerét gázérzékelés és légtér elemzés témakörben.
Ennek segítségével szeretnénk Önt rendszeresen friss információkhoz juttatni. Terveink szerint megoldásokról, alkalmazási példákról, termékújdonságokról és az Életből vett hasznos tapasztalásokról fogunk írni.
A túlzottan marketing ízű, tolakodó hírleveleket mi sem szeretjük, így Önt sem fogjuk ilyenekkel bosszantani. Bízunk benne, hogy a jövőben hírlevelünkkel hasznos információkkal szolgálhatunk az Ön számára.
Amennyiben bármelyik hírlevelünk felkelti érdeklődését, vagy éppen valamilyen konkrét problémára szeretne megoldást találni, úgy forduljon hozzánk bizalommal elérhetőségeink bármelyikén.

Üdvözlettel: a ROBEX csapata



Az infravörös (IR) fényelnyelésen alapuló gázérzékelés elve

2016.05.31.

Ahogy azt előző hírleveleinkben említettük, az elkövetkező hírlevelek során szeretnénk bemutatni a gázérzékelőkben alkalmazott különböző típusú érzékelők működési elvét, előnyeit, hátrányait, alkalmazási lehetőségeit. Bízunk benne, hogy ezzel is közelebb hozhatjuk a gázérzékelés elméletét Önhöz, és bemutathatjuk a GfG megoldásait a mindennapok kihívásaira.

Előző hírleveleinket itt találja:

Az elektrokémiai (EC) gázérzékelés elve

A katalitikus elégetésen (CC) alapuló gázérzékelés elve

 

Az infravörös (IR) fényelnyelésen alapuló gázérzékelés elve

Az infravörös spektrum 0,7 µm és 100 µm közötti hullámhossz tartományt öleli magába, ami százszor szélesebb, mint a látható fénytartomány. Ha az infravörös sugárzás frekvenciája megegyezik a kémiai kötés rezgési frekvenciájával, akkor ezek a sugarak elnyelődnek. Amikor egy kémiai kötés elnyeli az infravörös sugárzást, energia átadás történik, ami után elkezd azonos, nagyobb amplitúdójú frekvencián rezegni. 

Amikor az infravörös sugárzás áthalad az érzékelő kamrán, akkor a molekulák csak azokat a frekvenciákat nyelik el, amik az egyedi rezgési szintjeikkel megegyeznek. A többi infravörös fény zavartalanul halad át az érzékelő kamrán. Az így létrejövő abszorpciós sávok jellemzőek lesznek a molekulára, az elnyelt fény mennyisége pedig arányos lesz a koncentrációval. Ezt a tulajdonságot használják ki az infravörös fényelnyelésen alapuló gázérzékelők.

Az infravörös elnyelés követelménye, hogy az alacsonyabb kvantum szintek betöltöttek legyenek, és a molekula dipólusmomentuma a rezgés hatására változzon. Infravörös módszerrel heteroatomos gázokat, például CO2, CH4, NO2 és C2H2-t lehet érzékelni. A homomolekuláris diatomok, például a H2, N2, O2, F2 „átlátszóak” az IR fény számára.

Míg a katalitikus gázérzékelők a kisebb, addig az infravörös gázérzékelők a nagyobb molekulákra érzékenyebbek. Ez annak köszönhető, hogy a nagyobb molekulákban több az infravörös fényt elnyelő kémiai kötés, így több lehetősége van az IR fénynek elnyelődni. Míg a metánnak csak négy, addig a pentánnak már tizenkét kémiai kötése van, ezáltal a relatív válasz a pentánra nagyobb, mint a metánra.

 

Melyik a legjobb hullámhossz a mérésre?

A legjobb mérési hullámhossz függ a mérendő gáztól vagy gázkeveréktől. Több hullámhosszon végzett mérések sokkal pontosabb leolvasást biztosítanak, mint az egy hullámhosszon végzett mérés. 

A fenti ábrán gyakran előforduló éghető gázok különböző hullámhosszon történő infravörös elnyelése látható. A leggyakrabban használt hullámhosszok éghető gázok mérésére a 3,33 µm és 3,4 µm körüli értékek. Az acetilén viszont más hullámhosszon, 3,01 µm-en nyel el.

A zavaró hatások kiküszöbölése érdekében az érzékelőkben egy referencia detektor méri az infravörös fényt 4,0 µm hullámhosszon, ahol nincs elnyelése az éghető gázoknak. Amikor szükséges, akkor a mérési csatornákat közvetlenül fel lehet használni a vízgőzök elnyelésének mérésére, ami által a páratartalom interferenciáját zéróra lehet csökkenteni.

Mivel a válaszgörbék nem lineárisak, így minden szénhidrogén saját görbéjét be kell programozni a műszerbe. A katalitikus gázérzékelőktől eltérően, amelynek közel lineáris a válasza az ARH tartományban, az IR egységeknek bizonyos módon linearizálni kell a kimenetét.

 

 

Környezeti hőmérséklet

Mivel az infravörös detektor alapjában véve egy hőmérséklet érzékelő, így a környező hőmérséklet változásaira érzékenyen reagálhatna. Ennek ellenére megfelelően megtervezett detektor -40°C-60°C között képes üzemelni anélkül, hogy érzékelné a környezeti hőmérsékletben bekövetkező ingadozásokat. Nagyobb hőmérsékletváltozás esetén az eszköznek általában 10-20 percre van szüksége, hogy elérje a hőmérsékleti egyensúlyt. Általában az érzékelő egységet kicsivel a környezeti hőmérséklet felett üzemeltetik, hogy megakadályozzák a páralecsapódást.

 

nem-diszperzív infravörös (NDIR) érzékelők felépítése

nem-diszperzív infravörös (NDIR) érzékelők felépítése az alábbi ábrán látható.

 


Egy lámpa vagy fűtőszál infravörös fényt bocsát ki, aminek egy része a gázkamrán áthaladva elnyelődik. Ez intenzitás veszteséget eredményez, ami arányos lesz a gáz koncentrációjával. A működés során egy aktív detektor adott frekvencián az intenzitás csökkenést méri, és így a mért jelet szolgáltatja. Ezzel párhuzamosan egy referencia detektor egy olyan frekvencián mér, ahol az adott gáz nem nyel el, így ez szolgáltatja az alapjelet vagy zéró értéket. Ez az elrendezés biztosítja a mérési pontosság megtartását különböző zavarok esetén is, mint például az infravörös lámpa intenzitásának változása, vagy a tükör elszennyeződése.

A diszperzív infravörös érzékeléshez képest ebben az esetben nem alkalmaznak diszperzív eszközt, például prizmát vagy diffrakciós rácsot az infravörös fény felbontására, hanem a detektorok előtti optikai szűrők oldják meg ezt a feladatot. A nem-diszperzív infravörös (NDIR) érzékelők használata egyre inkább elterjedt megoldás a telepített gázérzékelők körében éghető gázok érzékelésére.

 

Négyutas négy hullámhosszas NDIR érzékelő éghető gázokhoz, a GfG IR29 előnyei

A GfG által szabadalmaztatott négyutas 4-hullámhosszas IR29 gáztávadó négy különböző hullámhosszon képes egyszerre mérni. Az IR29 távadó egyedi, arannyal bevont optikai érzékelő kamrát alkalmaz, ami precízen veri vissza, és fókuszálja az infravörös fényt a detektorokra. Az egyéb, piacon elérhető kialakításokkal ellentétben az IR29 nem támaszkodik fényosztókra vagy lencsékre, amik csökkentenék a jel erősségét, és zajt vinnének a rendszerbe. Ezeket az alkotóelemeket kihagyva, az IR29 képes kisebb erősségű infravörös fényforrást alkalmazni, a nagyobb felbontást és pontosságot megtartva.

A GfG négyutas 4-hullámhosszas érzékelőjének felépítése

 

A hagyományos katalitikus gázérzékelőkkel szemben, az IR29 érzékelőknek nincs szüksége oxigén jelenlétére a gázok érzékelésére, így használhatóak 100%tf, tiszta éghető gázok érzékelésére is. Mivel a katalizátormérgeknek nincs hatása az érzékelőre így nincs szüksége az érzékenység elvesztését kompenzáló időszakos beállításra sem.

Az aktív detektorokkal két hullámhosszon éghető gázokat, míg a referencia detektorokkal egy hullámhosszon referenciát, míg egy másik hullámhosszon vízgőzt mér, ami által a zavarások hatását ki lehet szűrni.

Az IR29 az első gyújtószikramentes infravörös gáztávadó, ennek köszönhetően lángzár nélkül, szabadon diffundálhatnak az érzékelő kamrájába a nagyobb molekula tömegű molekulák is, így például nonán is jól mérhető. Mivel nincs szükség a távadót robbanásbiztos tokozatba helyezni, a nyomás fluktuáció által okozott mérési hibát is ki lehet küszöbölni.

Az IR29 az első infravörös gázérzékelő, amit telepíteni, és használni lehet Ex zóna 0 robbanásveszélyes környezetben is (SB1 gyújtószikramentes leválasztót használva). A feszültség alatt lévő távadófejet Ex zóna 0 környezetben is le lehet szerelni vagy cserélni.

Az IR 29 távadóra nincsen hatása a:

  • nedvességnek;
  • hőmérsékletnek;
  • nyomásnak;
  • érzékelő elöregedésének;
  • pornak.

 

A katalitikus és az infravörös érzékelők közötti különbségek összefoglalása

Mérgek és inhibitorok: legfőbb probléma a katalitikus gázérzékelőkkel, hogy számos anyag, például kén-hidrogén, szilícium vagy klór részecskék szennyezhetik a katalizátort, és ezáltal érzékenységvesztést okozhatnak. Az IR detektorok esetében ilyennel nem kell számolni, az érzékenység vesztés minimális, ami mérgező gázok és hűtőközegek mérésekor lehetővé teszi akár a 3 ppm-es riasztási szint beállítását is.

Környezet: az egyik legfontosabb előnye az infravörös érzékelőknek, hogy oxigénmentes közegben is használhatóak, valamint, hogy a mérendő gáz nedvességtartalma nem befolyásolja a mérést.

Kiégés: a magas gázkoncentrációnak kitett katalitikus érzékelők kiéghetnek, míg az IR érzékelők 100% koncentráció mellett is folyamatosan használhatóak.

Várható élettartam: katalitikus érzékelők esetében 1-2 év között mozog, míg egy jól tervezett IR detektor élettartama elérheti akár a 10 évet is.

Kalibráció: mindegyik érzékelő típuson időközönkénti kalibrációt szükséges végezni. Viszont, amíg az infravörös egységek a zéró értéket megtartják, addig pontosnak és stabil válaszidejűnek tekinthetők.

Folyamatos expozíció: olyan alkalmazásoknál, ahol az érzékelőt folyamatos gázáramnak szükséges kitenni, a katalitikus és tranzisztoros érzékelők élettartama lerövidül: karakterisztikájuk visszafordíthatatlanul megváltozik, és maradandóan károsodik. Az infravörös eszközöknél ezzel szemben a funkcionális elemeket optikai egységek védik, amelyek lényegében inertek a legtöbb kémiai anyaggal szemben.

Reaktív közeggel szembeni ellenállóság: a mérendő gázok gyakran reaktívak. Mivel a legtöbb típusú gázérzékelőnél az érzékelők közvetlenül érintkeznek a gázzal, így ezek maradandóan károsodhatnak vagy meghibásodhatnak. Az infravörös eszközök fő előnye, hogy az érzékelő közvetlenül nem lép kapcsolatba az őt körülvevő közeggel.

 

Milyen megoldásokat kínál a GfG?

Hordozható személyi gázérzékelők

 

 

Microtector II G460

(Ex zóna 1)

 

 

Telepített gáztávadók

 


 

IR24

(normál kivitel)


 

IR29

(Ex zóna 0)

 

Forrás:

Fachartikel: Messprinzip Infrarot (IR), GfG Marketing, Carsten Schmidt

Jack Chou: Hazardous Gas Monitors - A Practical Guide to Selection, Operation and Applications

Bob Henderson, president GfG Instrumentation: Principles of Gas Detection: LEL, PID and NDIR Sensors and Applications

 

Tárgyi témában felmerülő kérdéseivel forduljon hozzánk bizalommal.



Hírlevél

A ROBEX Irányítástechnikai Kft. mindig nagy hangsúlyt fektetett arra, hogy naprakészen tartsa partnereit működési területein, mint pl.:

  • villám- és túlfeszültség-védelem;
  • fázisjavítás és energia-menedzsment;
  • földelésellenőrzés és sztatikai levezetés;
  • szenny- és ivóvíz méréstechnika;
  • gázérzékelés és légtér elemzés;
  • kábelátvezető rendszerek.

 

Erre az egyik legkézenfekvőbb megoldás a rendszeres információ átadás hírlevelek formájában.

 

Iratkozzon fel bátran, nem fogjuk felesleges levelekkel traktálni!