Газовые датчики.

Служат для распознавания наличия и концентраций присутствия определенных газов и паров,например:СO₂ , CO, O₂ , H₂ и т.д.

Виды газовых датчиков:

-химические датчики,

-физические датчики,

-хроматографы(оптические фотомеры).

Для простых применений (средняя точность и селективность) применяют:

1.Термокондуктометрические ячейки (для СO_2, SO_2, SF₆ и т.д.),

2.Термохимические(каталические) ячейки(CO,горючие газы),

3.Полупроводниковые датчики(спирты,_, H₂S,углеводороды,токсичные газы),

4.Топливные ячейки(кислород).

Термокондуктометрические ячейки.

Для обнаружения СO₂ SO_2, H_2,а также горючих и взрывоопасных газов.

Конструкция:

Исследуемая проба газа диффундирует в измерительную камеру, в которой платиновая или никелевая спираль нагретая до tсреды+40С. Если состав газовой пробы изменился, то изменится и теплоотвод от нагретой спирали к стенкам ячейки.

В случае СO₂- происходит повышение температуры спирали датчика, т.к. теплопроводность СO₂ мала.В случае H₂ спираль охлаждается из-за высокой теплопроводности H_2.

Охлаждение либо нагрев спирали ведет к изменению ее сопротивления,которое включается в мостовую схему на пару с эталонным датчиком(R1).

Недостаток:сигнал датчика определяется изменением теплопроводности газовой смеси:одинаковый тепловой эффект может быть обусловлен смешиванием разных газов-т. е.область применения-анализ бинарных смесей заранее известных газов.

Топливная ячейка(электрохимическая).

Служит для оценки процентного содержания кислорода в воздухе.

Мост измерения

Температуры и

Температурной компенсации

Под воздействием U в ячейке протекает ток через электролит. Под воздействием кислорода воздуха происходит окисление активной зоны катода с выделением тепла.Для компенсации разогрева: измерение температуры прводится темодатчиком.

В результате химической реакции с кислородом в измерительной ячейке при Uпит. Между катодом и анодом возникает ток Iэ, возрастающий пропорционально процентному содержанию кислорода,при этом диапазон 0-20%, точность 0.1%.

Термохимическая(каталическая) ячейка.

Служит для измерения процентного содержания горючих газов( CO, H₂

И т.д.).

Две измерительные платиновые спирали с покрытием активным и пассивным катализатором.Тогда CO реагитует с кислородом воздуха на активном катализаторе с образованием СО₂ .Выделяющаяся тепловая энергия вызывает повышение сопротивления активной спирали- и разбаланс моста.Высокая чувствительность и избирательность: только CO с концентрацией до 10^-4%.

Соответствующим подбором катализаторов могут быть обнаружены изменения концентрации всех горючих газов.

В атмосфере типовое содержание CO2*10^-2%.

ПО ГОСТ содержание CO в выхлопе не более 3%-при работе двигителя с недостатком кислорода(обогащенная смесь).

Полупроводниковые датчики.

Преимущество: самые простые и дешевые.

Принцип действия: изменение электрического сопротивления некоторых полупроводниковых материалов из-за абсорбции газа.

Керамический корпус, выдерживающий нагрев 100..500С на этой основе- два электрода, между которыми полупроводниковый оксид металла. Спираль разогревает корпус и оксид металла до рабочей температуры.Если газ проходит над этим активированным слоем оксида металла, то проводимость слоя изменяется.Далее- мостовая схема. Состав оксида металла и рабочая температура влияет на чувствительность и избирательность для обнаружения различных газов.

Конструкция:

Материалы	Температура	Анализируемое вещество
SnO2(двуокись олова) Напыленные в O2 Слои SnO2	250..500С	CO
Слои SnO2 на кварце или спеченая деталь ZnO+Ag	100C	Этанол С2H5OH
слой SnO2+ Al	400C	H2S сероводород
Слой ZnO на подложке из Al2O3+Pt в качестве катализатора	300..400C	C4H10 изобутан
SnO2+1%PdCl2+Mg* (NO3)2 с добавкой Nb(или V,Ti,Mo)	200..400C	C3H8 пропан
Напыленный слой SnO2+1%Sb2O3		H2 водород

Подбором легирующих добавок можно менять чувствительность и избирательность (и рабочую температуру).

Пример:от вида легирующей добавки следующие характеристики:

D I/I- относительное увеличение тока.При легировании Cu оптимальная температура ,для CO 370C , для метана при Pt- 500C.

Характеристика срабатывания газового датчика на основе SnO2 при 200C для H2S(нелегированный).

Используя очень тонкие слои SnO2 (150нм) получают малые длительности срабатывания( единицы секунд).

Измерительная схема(пороговое устройство).

Д атчики влажности :гигрометры.

Датчики влажности важны в:

- медецине;

• газовых системах,H2,O2 (осушение);

• кондиционерах.

Термины.

Абсолютная влажность:

Fабс=масса воды/ Объем воздуха[Г/м³]

Влажность насыщения:

Fsat(T)=max количество воды/ Объем воздуха[Г/м³]-

Максимальное количество воды, которое может содержаться в Г/м³ воздуха при данной температуре и атмосферном давлении без образования конденсанта.

Зависимость влажности насыщения от температуры:

О тносительная влажность:

Frel(T)=(Fabc/Fsat(T))*100%

Конденсаторный гигрометр на основе хлорида лития(или другой соли) LiCl(NaCl,KCl).

В основу положены два свойства гидрата хлорида лития:

1. гидрат хлорида лития гигроскопичен,т.е. поглощает молекулы H2O

2. возникающий водный раствор LiCl-электролит.

LiCl поглощая H2O увеличивает проводимость.

Конструкция:

Когда LiCl в капсуле из стеклоткани поглощает H2O, проводимость между витками спирали увеличивается и в результате между витками возникает дополнительный ток, ведущий к нагреву всего датчика: в итоге устанавливается равновесное состояние между фазой водяного пара и жидкой фазой. Температура , установившаяся в этом состоянии становится мерой концентрации водяных паров.Измеритель Rt-по схеме моста для компенсации температуры окружающей среды: