Fatti a portata di mano: rilevamento di gas

1 aprile 2017 | Di Scott Jenkins

Il rilevamento dei gas è un compito fondamentale in molte strutture delle industrie di processo chimico (CPI) per evitare rischi per il personale e per l'ambiente. I gas possono presentare rischi di esplosione, infiammabilità, tossicità, inquinamento ambientale e spostamento dell'aria respirabile. Questo riferimento di una pagina fornisce informazioni sulle classi comuni di rilevatori di gas e sui gas comunemente monitorati nell'industria.

Le tecnologie di rilevamento dei gas possono essere classificate in base alle caratteristiche dei gas che rilevano: gas tossici o gas combustibili, e la maggior parte delle tecnologie di rilevamento dei gas rientra in una delle quattro grandi categorie in base alla modalità di funzionamento: sensori elettrochimici e sensori di ossido di metallo. i sensori a semiconduttore vengono generalmente utilizzati per rilevare gas tossici; mentre i sensori a infrarossi e catalitici vengono utilizzati per rilevare gas combustibili ed esplosivi.

Elettrochimico. I sensori elettrochimici sono basati su una cella elettrochimica la cui corrente aumenta quando la molecola di interesse entra in contatto con l'elettrodo di rilevamento. Il gas target può essere ossidato o ridotto in corrispondenza dell'elettrodo di lavoro e dalla reazione lì viene prodotto un flusso di elettroni piccolo ma rilevabile. Alla cella sono collegati anche un elettrodo di misura e un controelettrodo.

Semiconduttore di ossido di metallo (MOS). I semiconduttori di ossido di metallo si basano sul principio che l'adsorbimento e il desorbimento del gas sulla superficie di un ossido di metallo modifica la conduttività del materiale. Quando le molecole target entrano in contatto con una pellicola sottile di materiale del sensore ad alta superficie, la concentrazione dei portatori di carica (elettroni o lacune) cambia e la conduttività o resistività viene alterata in modo misurabile.

Catalitico. La maggior parte dei sensori di questo tipo funzionano tramite ossidazione catalitica, in cui il gas combustibile di interesse entra in contatto con una superficie catalitica (spesso una bobina di filo trattata con platino) e viene ossidato. Questo rilascia il calore di reazione e la resistenza del cablaggio viene modificata dall'aumento della temperatura. Tipicamente, viene utilizzato un circuito a ponte per indicare la variazione di resistenza. La maggiore resistenza, rispetto alla resistenza nell'aria pulita, viene utilizzata per indicare la concentrazione di gas.

Infrarossi. I sensori a infrarossi funzionano tramite un sistema di trasmettitori e ricevitori di luce. Quando i gas combustibili di interesse entrano nel campo visivo del ricevitore, una parte della radiazione viene assorbita, modificando la potenza della luce tra il trasmettitore e il ricevitore.

La tabella [1] contiene informazioni sui possibili obiettivi di rilevamento del gas.

1. Istituto nazionale per la sicurezza e la salute sul lavoro (NIOSH), NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards, CDC, www.cdc.gov/niosh/npg/default, accesso marzo 2017.

2. Fine, GF e altri, Sensors, 10, pp. 5,469–5,502, 2010.

3. Figaro Engineering Inc., Gas sensor technology, accesso marzo 2017, www.figaro.co.jp