19.05.2009. Газочувствительные сенсоры

В основе любого газоаналитического прибора и извещателя лежит использования газочувствительного сенсора. Именно этот элемент определяет технические характеристики прибора в целом. Принцип действия сенсора довольно прост – в нём реакция от контролируемого газа преобразуется в электрический сигнал. Различают несколько типов реакций, а следовательно и типов сенсоров. Так, бывают термокаталитические сенсоры, реагирующие на метан и горючие газы, полупроводниковые, реагирующие на токсичные и горючие газы, электрохимические, с реакцией на СО и токсичные газы. Также встречаются тепловые, оптические и другие виды сенсоров.

Принцип действия электромеханического сенсора — через установленную газопроницаемую мембрана в тело сенсора попадает окись углерода (СО), там она реагирует с кислородом и превращается в углекислый газ, который выделяет электрический ток на электроды сенсора. Сенсоры этого типа не реагируют на горючие газы, отлично настраиваются, но дорого стоят – 50-100 долларов, поэтому их использование в бытовых условиях не всегда оправдано.

Каталитические сенсоры устроены иначе – в них расположена разогретая спираль, на поверхности которой тонким слоем распылен катализатор (платина). Горючие газы, попадая на спираль, сгорают и выделяют тепло, снимая которое газосигнализатор оценивает количество горючих газов. Изначально сенсоры этого типа разрабатывались и использовались в шахтах, так как очень надёжны, недороги и оптимальны по размерам, а также хорошо защищены от взрыва. Цена их колеблется в диапазоне 5-20 долларов, а продолжительность работы – до 3 лет. Есть у каталитических сенсоров один минус – со временем под воздействием «каталитических ядов» (силиконовые масла, пары кислот, сероводород) портится катализатор, что ухудшает свойства прибора. Однако в бытовых условиях мы редко встречаемся с этими веществами, поэтому за продолжительность работы сенсоров можно особо не беспокоиться.

Полупроводниковые сенсоры работают подобным образом – на окислении горючих газов и паров (также применяется катализатор разогретого элемента), однако измерению подлежит не температура воздуха, а насыщенность электронами, которые выделяются из полупроводникового слоя при реакции. Безусловным плюсом полупроводниковых сенсоров является возможность разделять газы и более высокая чувствительность. К тому же, эти сенсоры основаны на оксидах металлов, поэтому они более стабильны в воздухе. Однако не обходится без минусов и у них. Самый, наверное заметный – это способность реагировать на пары веществ, которые используются человеком в быту, например, пары алкоголя. Чтобы этого не случалось, приходится использовать специальные угольные фильтры и отстраивать режимы работы. У полупроводниковых сенсоров есть ещё один большой плюс – с его помощью можно оценивать концентрацию СО и метана одновременно в одном секторе. То есть, отпадает необходимость ставить два прибора. При этом цена полупроводникового сенсора не сильно отличается от цены термокаталитического, что делает его ещё более привлекательным.

Для измерения горючих газов также используются оптические сенсоры, но не для бытовых приборов, потому что стоимость одного оптического сенсора не менее 200 долларов. Безусловно, это ненужная трата денег. Также можно использовать тепловые, суть которых состоит в измерении теплопроводности воздуха. Однако их результаты зависят от температуры и влажности воздуха, что затрудняет работу с ними, поэтому они используются довольно редко.