Cảm biến khí gas là gì? Phân loại và nguyên lý hoạt động

Cảm biến khí gas là một loại cảm biến quan trọng trong việc đo lường và giám sát hàm lượng khí trong không khí. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và môi trường để đảm bảo sự an toàn cho con người và môi trường sống. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến khí gas, bao gồm phân loại và nguyên lý hoạt động của chúng. Với thông tin này, bạn sẽ có thể lựa chọn loại cảm biến phù hợp cho nhu cầu của mình và hiểu cách chúng hoạt động để đảm bảo sự an toàn trong quá trình sử dụng.

Cảm biến khí gas là gì?

Cảm biến khí gas là một thiết bị dùng để phát hiện và đo lường các loại khí có trong môi trường xung quanh. Các loại khí này có thể là khí độc hại, nổ, cháy, hoặc có khả năng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến rò rỉ khí gas

Cảm biến rò rỉ khí gas hoạt động dựa trên nguyên lý rằng các loại khí khác nhau sẽ tương tác với các chất khác nhau và có thể làm thay đổi điện trở của vật liệu dẫn điện, chẳng hạn như chất bán dẫn hoặc oxide kim loại. Khi khí gas tương tác với vật liệu dẫn điện, nó sẽ làm thay đổi điện trở của vật liệu này. Cảm biến sử dụng một mạch điện để đo lường điện trở này và phát hiện sự thay đổi khi có sự hiện diện của khí gas.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến rò rỉ khí gas

Các loại cảm biến khí gas phổ biến hiện nay

Ngoài việc dùng máy đo khí gas để phát hiện các sự cố về khí gas gây ra, bạn cũng có thể sử dụng một số loại cảm biến khí gas khác nhau, chẳng hạn như cảm biến điện hóa, cảm biến bán dẫn, cảm biến dòng chảy, và cảm biến quang học. Mỗi loại cảm biến này đều có những ứng dụng và đặc điểm riêng biệt, tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Cảm biến khí gas bán dẫn

Cảm biến khí gas bán dẫn hoạt động bằng cách sử dụng phần tử bán dẫn như một đơn vị đo lường. Khi khí đi qua ô đo, nó tương tác với bề mặt phần tử bán dẫn và gây ra phản ứng oxi hóa khử, dẫn đến sự thay đổi điện trở hoặc điện thế của phần tử. Việc đo lường mức khí dựa trên sự thay đổi này và được xác định bởi sự hiện diện hoặc vắng mặt của khí và lượng khí có trong mẫu. 

Ví dụ, khi khí mêtan (CH4) tương tác với phần tử bán dẫn, phản ứng oxi hóa khử xảy ra, giải phóng các điện tử và làm tăng độ dẫn điện. Việc đo sự thay đổi điện trở có thể cho biết hàm lượng khí mêtan có trong mẫu.

Cảm biến khí gas điện hóa

Cảm biến khí gas điện hóa là một loại cảm biến dùng để đo lường hàm lượng khí trong môi trường bằng cách sử dụng hiện tượng điện hóa. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này là khi khí đi qua điện cực của cảm biến, nó sẽ tương tác với bề mặt của điện cực và gây ra một phản ứng điện hóa. Sự thay đổi trong phản ứng điện hóa này sẽ dẫn đến sự thay đổi trong dòng điện hoặc điện thế của điện cực. Các thông số này sẽ được đo và chuyển đổi thành tín hiệu điện tử để hiển thị hoặc lưu trữ.

Cảm biến khí gas điện hóa được sử dụng phổ biến trong các dòng máy đo khí độc, máy đo khí gas hay các dòng máy dò khí CO... để kiểm soát chất lượng không khí hoặc trong các quy trình sản xuất công nghiệp để đảm bảo an toàn và hiệu quả. 

Một số loại khí có thể được đo lường bằng cảm biến này bao gồm khí CO2, khí mê-tan, khí axit nitric, khí sulfur dioxide và khí ammonia.

Hình ảnh minh họa cho cảm biến khí gas điện hóa

Xem thêm: 

• Khí CO là gì? Có độc không? Cách nhận biết khí CO
• Khí gas là gì, có độc không? Xử lý khí gas rò rỉ thế nào?

Cảm biến rò rỉ khí gas NDIR

Cảm biến rò rỉ khí gas NDIR (Non-Dispersive Infrared) là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện và đo lường hàm lượng khí trong không khí bằng cách sử dụng công nghệ phổ hấp thụ hồng ngoại. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này là khi khí đi qua các bộ lọc hấp thụ hồng ngoại, nó sẽ hấp thụ một số bước sóng hồng ngoại cụ thể. Bằng cách so sánh độ hấp thụ giữa không khí trước và sau khi đi qua bộ lọc, ta có thể xác định hàm lượng khí trong không khí.

Cảm biến rò rỉ khí gas NDIR được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng liên quan đến an toàn và bảo vệ môi trường, như trong việc phát hiện rò rỉ khí trong các quá trình sản xuất công nghiệp hoặc trong các hệ thống khí đốt như các ống dẫn khí hoặc đường ống khí. 

Các loại khí có thể được đo lường bằng cảm biến này bao gồm khí CO2, khí mê-tan, khí axit nitric, khí sulfur dioxide và khí ammonia. 

Hình ảnh minh họa cảm biến rò rỉ khí gas NDIR

Cảm biến khí gas xúc tác

Cảm biến khí gas xúc tác là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện và đo lường hàm lượng khí trong không khí bằng cách sử dụng nguyên lý hoạt động của phản ứng xúc tác giữa chất khí và chất xúc tác. 

Các cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện các khí độc, như khí CO, NOx và SO2, trong các ứng dụng công nghiệp, giao thông và hóa học.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí gas xúc tác là khi khí đi qua các bề mặt chất xúc tác, chúng sẽ tương tác với các phần tử của chất xúc tác và phản ứng để tạo ra các sản phẩm khí khác nhau. Sản phẩm khí này sẽ thay đổi tính chất của chất xúc tác và làm thay đổi điện trở hoặc điện thế của cảm biến. Điện trở hoặc điện thế thay đổi sẽ được đo bằng các mạch điện tử và chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra để xác định hàm lượng khí trong không khí.

Hình ảnh minh họa cảm biến khí gas xúc tác

Cảm biến khí gas quang hóa

Cảm biến khí gas quang hóa là một loại cảm biến sử dụng công nghệ quang học để đo lường hàm lượng khí trong không khí. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này dựa trên sự tương tác của ánh sáng với các phân tử khí. Khi ánh sáng đi qua khí, các phân tử khí sẽ hấp thụ ánh sáng và gây ra sự thay đổi trong một số tính chất quang học của ánh sáng. Cảm biến khí gas quang hóa đo lường sự thay đổi này để xác định hàm lượng khí trong không khí.

Cảm biến khí gas từ tính

Cảm biến khí gas từ tính là một loại cảm biến sử dụng từ tính để đo lường hàm lượng khí trong không khí. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này dựa trên sự tương tác của từ trường với các phân tử khí. Khi khí đi qua từ trường, các phân tử khí sẽ tương tác với từ trường và tạo ra một tín hiệu điện từ, tín hiệu này sẽ được đo bằng các mạch điện tử và chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra để xác định hàm lượng khí trong không khí.

Hình ảnh minh họa cảm biến khí gas từ tính

Cảm biến khí gas dẫn nhiệt

Cảm biến khí gas dẫn nhiệt là một loại cảm biến sử dụng nguyên lý dẫn nhiệt để đo lường hàm lượng khí trong không khí. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến này dựa trên sự tương tác giữa khí và một nguồn nhiệt để tạo ra sự thay đổi trong nhiệt độ. Cảm biến khí gas dẫn nhiệt được thiết kế với hai bề mặt bằng chất liệu dẫn nhiệt như đồng hoặc bạc. Khi khí đi qua các bề mặt này, nó sẽ hấp thụ nhiệt từ bề mặt đầu tiên và giảm nhiệt độ của bề mặt này so với bề mặt thứ hai. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt sẽ được đo và phản ánh hàm lượng khí có mặt trong không khí. Cảm biến khí gas dẫn nhiệt được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo lường khí trong ngành công nghiệp và môi trường.

Với những thông tin trên, hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến khí gas, từ phân loại đến nguyên lý hoạt động của chúng. Việc hiểu về cảm biến khí gas là rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho con người và môi trường sống. Vì vậy, hãy luôn lựa chọn và sử dụng các loại cảm biến khí gas phù hợp với nhu cầu của bạn để đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường.