Fondamenti di sensori di gas

John Blyler | 15 marzo 2021

Rilevare la presenza di gas nocivi era una necessità per i primi minatori, nonché per produttori e consumatori all’inizio della rivoluzione industriale. Uno dei primi rilevatori di gas fu una lampada di sicurezza a fiamma (o lampada Davy) inventata dall'inventore inglese Sir Humphry Davy nel 1815. La lampada Davy veniva utilizzata per rilevare la presenza di metano (grisù) nelle miniere di carbone sotterranee.

Le tecniche di rilevamento del gas di ieri non possono reggere il confronto con i metodi di oggi. L’era dell’Internet delle cose (IoT) consumer e industriale ha consentito a strumenti di rilevamento di gas ricchi di sensori di gestire una varietà di tipi di gas nocivi, radioattivi ed esplosivi. Le tecnologie del gas più comuni includono lo spettrometro delle proprietà molecolari (MPS), il Pellister (cat-bead), l'infrarosso non dispersivo (NDIR), l'elettrochimico (echem) e il rilevatore di fotoionizzazione (PID).

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Ognuno di questi è progettato per un tipo specifico di gas. Ad esempio, MPS, Pellister e NDIR vengono utilizzati per rilevare vari idrocarburi (gas infiammabili/combustibili). Al contrario, i sensori echem e il PID sono più efficaci nel rilevare vari gas tossici e composti organici volatili (COV).

In che modo gli ingegneri dovrebbero affrontare il compito di selezionare e implementare le tecnologie dei sensori di gas nei loro progetti IoT/IIoT? Per rispondere a queste domande, Design News ha incontrato gli esperti di NevadaNano. Quello che segue è una parte di quella discussione.

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Novità dal design: come dovrebbero procedere i progettisti e i produttori per selezionare il sensore di gas giusto?

NevadaNano: La scelta del sensore giusto dipende tutto dal tipo di gas che è necessario misurare e dall'ambiente in cui funzionerà il sensore. Per gas come il monossido di carbonio e l'idrogeno solforato, è meglio utilizzare sistemi di sensori con tecnologia elettrochimica (o echem) per gas tossici. La tecnologia PID è una buona scelta per quei gas che non possono essere rilevati dai sensori echem, come il gas tossico benzene. Per il rilevamento di gas idrocarburici (combustibili/infiammabili), le opzioni includono le tecnologie MPS, NDIR e Pellister. Ecco una buona serie di requisiti di progettazione con cui iniziare:

1) Quale gas o gas devono essere rilevati?

2) Qual è il raggio di rilevamento necessario?

3) Quali condizioni o vincoli ambientali potrebbero influenzare la progettazione?

Ciascuno di questi sistemi di rilevamento del gas precedentemente menzionati presenta i propri vantaggi e svantaggi. È importante comprendere queste differenze prima di selezionare la tecnologia da utilizzare per una determinata applicazione.

Novità dal design: Come vengono utilizzati i sensori di gas nell'industria?

NevadaNano: Come puoi immaginare, ci sono molte variabili, come gli scenari operativi, da considerare quando si sceglie la tecnologia di rilevamento gas più appropriata. Molti rilevatori di gas industriali consentono il rilevamento fisso o portatile. La scelta del giusto rilevatore di gas industriale richiede la comprensione dei limiti e dei punti di forza di ciascun tipo di sensore.

I dispositivi portatili e portatili possono essere utilizzati per il rilevamento di gas singolo o multigas. Quest'ultimo può incorporare più tecnologie in un unico dispositivo. Questi tipi di rilevatori vengono generalmente utilizzati per la protezione della persona che indossa il dispositivo.

I rilevatori fissi sono normalmente dispositivi di rilevamento di gas singoli, spesso cablati per il monitoraggio 24 ore su 24, 7 giorni su 7, 365 giorni all'anno in una vasta gamma di applicazioni industriali o commerciali.

Novità sul design: come si inseriscono nelle piattaforme IoT e IIOT?

NevadaNano: I dati sono diventati uno strumento chiave per l’analisi in un’ampia gamma di applicazioni. Maggiore è la quantità di dati analizzati e utilizzabili, maggiore è la probabilità che gli utenti siano in grado di prendere decisioni informate. Storicamente, i sensori di gas fornivano i livelli di gas a livello locale. Lo stesso valeva per gli strumenti portatili, dove solo l'utente immediato avrebbe avuto accesso ai dati. Infine, per gli strumenti fissi, i livelli di gas verrebbero isolati dall'impianto.