Отличие полупроводникового датчика от электрохимического: Алкотестер полупроводниковый или элетрохимический. Сравнение

Алкотестер полупроводниковый или элетрохимический. Сравнение

Алкотестер. Полупроводниковый или электрохимический. Сравнение сенсоров.

 

В большинстве алкотестеров применяются электрохимические или полупроводниковые датчики для измерения содержания алкоголя в крови человека. Рядовому покупателю очень сложно выбрать, а модель с каким сенсором приобрести? Поэтому целью статьи является рассмотрение особенностей каждой модели, для облегчения выбора потребителю.

 

Если ваша цель — высокий уровень точности в показаниях прибора, значит, вам необходим профессиональный алкотестер (АлкоФор 505, АлкоФор s50, АлкоФор 307, AlcoScan AL 9000L), который работает на электрохимическом сенсоре. Но если вы заинтересованы в просто определении наличия алкоголя, а не получении точных измерений, вам подойдут менее дорогие полупроводниковые алкотестеры.

 

Алкометры с электрохимическим сенсором обладают весьма высокой точностью и чувствительностью и считаются «золотым стандартом». Это выбор профессиональных пользователей, например, таких как сотрудники правоохранительных органов и серьезных персональных пользователей. В последнее время алкотестеры данного типа становятся весьма популярными для личного пользования, несмотря на их высокую стоимость.

 

Алкотестеры с электрохимическим сенсором состоят из датчика объема воздуха пневматического (автоматического) забора воздуха посредством встроенного насоса. Принцип их работы состоит из забора воздуха непосредственно из глубины легких, в необходимом количестве для проведения анализа. Именно благодаря данному алгоритму работы прибора разброс в показаниях исключен.

 

Для личного, домашнего и малого объема профессионального тестирования, модели полупроводниковых сенсоров – это неплохой выбор. Например: AlcoScan AL 2500 elite, AlcoScan AL 5500. В основе полупроводниковых сенсоров обычно лежит окись олова, которая используется для измерения концентрации алкоголя в крови. Полупроводниковые сенсоры, также подлежат ложным срабатываниям от веществ, таких как кетоны (вещества, которые получаются, при разрушении  жировых клеток в крови), которые похожи по химической структуре на алкоголь.

 

Алкотестеры на основе полупроводникового сенсора требуют калибровки и обслуживания на более частой основе, чем электрохимические тестеры — каждые 300-400 тестов или несколько раз в год, по сравнению с 1000 или более тестов или раз в год.

 

Существенная разница присутствует и в работе сенсоров. Например, для получения наиболее точных показаний полупроводникового сенсора (Алконт 01 СУ, Алкотест 203), а также его нормальной работы, он должен быть хорошо прогрет (примерно от 2х до 5 минут), а электрохимическому  сенсору требуется на разогрев и работу от 10 – 15 сек. Таким образом, разница между полупроводниковым и электрохимическим сенсорами очевидна. Конечно стоит выбрать алкотестер с электрохимическим сенсором, т. к. данный прибор проработает на порядок дольше и будет давать наиболее точные показания.

 

Мы рекомендуем приобрести АлкоФор 307. Наше предприятие предоставляет ПОЛНУЮ гарантию 1 год. Наши специалисты обеспечат послегарантийное обслуживание алкотестеров (любых марок и производителей).

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

МЕНЮ

Поиск по сайту…

+7 499 237 18 82

Связаться с нами

• Телефон: +7 499 237 18 82
• Заказать обратный звонок
• Оставить заявку
• Контакты

• Главная
• Клиентам
• Полезное

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

19. 02.2020

При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

На сегодняшний день самыми востребованными типами датчиков являются:

• термокаталитический

• термокондуктивный

• полупроводниковый

• электрохимический

• гальванический

• инфракрасный (оптический)

• интерферометрический

• фотоионизационный (ФИД)

• пиролитический

• фотометрический

Термокаталитический Самый распространенный и универсальный тип датчика, принцип работы которого основан на вычислении количества тепла, выделяемого при сгорании горючего газа или паров в катализаторе. Керамический принцип является разновидностью термокаталитического, однако в отличие от последнего использует другой тип катализатора – мелкодисперсный (керамический). Архитектурно датчик состоит из двух чувствительных элементов – рабочего и компенсирующего. Рабочий элемент представляет собой спираль из драгоценного металла (как правило, платины) и катализатора, чувствительного к горючим газам. Воздушная смесь, содержащая горючий газ, вступает в реакцию с катализатором, увеличивая температуру элемента, и, как следствие, приводит к изменению электрического сопротивления спирали в почти линейной зависимости от концентрации газа. Компенсирующий элемент состоит из платиновой спирали и стекла, которое не обладает чувствительностью к горючим газам, и предназначен для компенсации окружающих условий.

Преимущества термокаталического датчика: линейность выходной характеристики, быстрый отклик, устойчивость к изменениям в температуре и влажности окружающей среды, а также долговечность.   Применение: измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР.   Газоанализаторы: GP-03, GX-2009, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-8000, GD-A80, SD-1GP

Преимущества керамического датчика: линейность характеристики, более быстрый отклик, возможность измерения ПДК (в единицах млн-1), устойчивость к изменениям в окружающих условиях.  Применение: измерение довзрывоопасных концентраций (ДВК) и предельно-допустимых концентраций (ПДК) горючих газов и паров.  Газоанализаторы: GX-6000, SD-1NC

Термокондуктивный Принцип работы термокондуктивного датчика основан на измерении разницы в теплопроводности. Как в случае с термокаталитическим датчиком, сенсор состоит из рабочего и компенсирующего элемента. Контакт с газом происходит на рабочем элементе, а компенсирующий элемент изолирован. При попадании целевого газа на рабочий элемент происходит изменение в теплоотдаче, связанное с теплопроводностью и приводящее к росту температуры элемента. Это, в свою очередь, приводит к изменению сопротивления платиновой спирали.

Полупроводниковый В данном типе датчиков используется полупроводник с металлоксидным напылением, сопротивление которого меняется при контакте с газом. Датчик состоит из нагревательной спирали и проводника, нанесенного на трубку из глинозёма, а по краям трубки находятся контакты из драгоценного металла, предназначенные для измерения сопротивления. При попадании газа на поверхность датчика он окисляется, что приводит к уменьшению электрического сопротивления, которое преобразуется в концентрацию.

Преимущества: линейная характеристика, стабильность показаний, долговечность, возможность измерения негорючих газов (аргона, азота и углекислого газа), а также возможность измерений в бескислородной среде.    Применение: измерение высоких концентраций горючих газов и паров. Газоанализаторы: GX-2012, GX-8000

Преимущества: чувствительность к сверхнизким концентрациям, которые сложно фиксировать другими типами датчиков, долговременная стабильность, устойчивость к отравлению, а также селективность. Применение:  измерение ПДК широкого спектра токсичных и горючих газов. Газоанализаторы: GX-2012GT, GD-A80V, SD-1GH

Электрохимический	Гальванический
В основе данного принципа измерения лежит процесс электролиза. Датчик состоит из трех электродов — рабочего (газопроницаемой пленки с нанесенным катализатором из драгоценного металла), референсного и интегрирующего, — которые размещены в пластиковом корпусе с электролитом. В датчике используется потенциостатическая цепь, которая обеспечивает постоянное напряжение между рабочим и референсным электродами. Ток, возникающий в ходе химических реакций на рабочем и интегрирующем электродах, пропорционален концентрации измеряемого газа.	Принципиальная схема датчика гальванического типа повторяет простой аккумулятор: датчик состоит из катода, изготовленного из драгоценного металла, анода (проволоки), которые помещены в электролит, а также разделительной мембраны, прикрепленной к внешней стороне катода. Кислород, проходя через разделительную мембрану, на катоде восстанавливается, а на аноде — окисляется. Возникающий электрический ток конвертируется в напряжение и в таком виде подается на выход, при этом напряжение пропорционально концентрации кислорода.
Преимущества: линейный выходной сигнал, высокая точность и хорошая воспроизводимость результатов. Применение: измерение ПДК токсичных веществ. Газоанализаторы: HS-03, CO-03, CX-5, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-6000, GX-8000, RX-8500, RX-8700, SC-8000, TP-70D, SD-1EC, GD-70D	Преимущества: простота, долговечность в сравнении с электрохимическим датчиком, не требует внешнего питания, линейная выходная характеристика, быстрый отклик и отсутствие зависимости от колебаний температуры/влажности. Газоанализаторы: OX-03, GX-2012/GT, GX-6000, GX-8000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1OX, GD-70D

Инфракрасный (оптический) Данный принцип измерения основан на известном факте о том, что многие газы поглощают инфракрасные лучи и каждый из этих газов имеет определенный спектр поглощения. Сенсор состоит из источника ИК-света и датчика, между которыми установлены оптический фильтр и измерительная ячейка. Поступая в измерительную ячейку, газ поглощает некоторое количество инфракрасного света, а датчик при этом фиксирует снижение интенсивности поступающего ИК-света и на базе известной зависимости (калибровочной кривой) генерирует выходной сигнал. Несмотря на то, что зависимость не линейная, она хороша известна производителям датчиков.

Интерферометрический Принцип интерферометрии основан на измерении коэффициента рефракции газа. Архитектурно интерферометрический сенсор состоит из источника света и оптической системы из зеркал, линз, призмы и светочувствительного датчика. Свет от источника разделяется плоскопараллельным зеркалом на два луча (А и В) и отражается призмой. Луч А движется по круговому маршруту через камеру D, наполненную измеряемым газом, а луч В – через камеру E с референсным газом. После этого лучи А и В встречаются в точке С зеркала и, проходя через систему зеркал и линз, формируют на светочувствительном датчике картину интерференции. Данная картина сдвигается в пропорции к разнице в коэффициенте рефракции между измеряемым и референсным газами. Датчик измеряет сдвиг, чтобы измерить коэффициент рефракции, и преобразует его в концентрацию газа или количество тепла.

Преимущества: быстрый отклик, повторяемость, стабильность при изменении окружающих условий, отсутствие эффектов старения и отравления. Применение:  измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР, а также концентрации в диапазоне от 0 до 100% объема. Газоанализаторы: GX-3R Pro, GX-6000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1RI

Преимущества: низкая погрешность измерений, долговременная стабильность, высокая линейность и быстрый отклик, отсутствие влияния изменений в температуре и давлении (за счет механизма коррекции).    Применение: измерение концентраций горючих газов, углекислого газа и элегаза, а также калорийности природного газа. Газоанализаторы: FI-8000

Фотоионизационный (ФИД) В фотоионизационных датчиках измеряемый газ ионизируется с помощью ультрафиолетового света, а это, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока. Когда газ попадает в ионизационную камеру, он подвергается воздействию УФ-света, под воздействием которого газ начинает терять электроны и генерировать катионы (положительные ионы). Электроны и катионы, в свою очередь, притягиваются катодом и анодом, возбуждая электрический ток, который пропорционален значению концентрации. Для ионизации требуются фотоны с энергией выше энергии данного конкретного газа, поэтому в ФИД, как правило, используют УФ-лампы с энергией 10,6 эВ (изготовлены из фторида магния и наполнены криптоном) или 11,7 эВ (изготовлены из фторида лития и наполнены аргоном).

Пиролитический В основе этого принципа лежит процесс пиролиза измеряемого газа с образованием оксида, частицы которого измеряются датчиком. Пиролитический сенсор состоит из нагревателя, в центре которого находится кварцевая трубка с нагревательным элементом, и датчика частиц, содержащего две камеры – рабочую и компенсационную. Измеряемый газ (например, TEOS или NF3) под воздействием температуры окисляется и попадает в рабочую камеру датчика частиц с источником α-частиц, который используется для ионизации воздуха и возбуждения электрического тока. Как только частицы газа попадают в камеру, они начинают поглощать ионы, приводя к снижению тока ионизации. Это снижение выходного сигнала пропорционально концентрации измеряемого газа. Компенсационная камера позволяет компенсировать флуктуации температуры, влажности и давления окружающей среды.

Преимущества:  чувствительность к низким концентрациям, широкий спектр измеряемых веществ. Применение: измерение крайне малых концентраций (на уровне ppm и ppb) летучих органических соединений. Газоанализаторы: GX-6000

Преимущества: непревзойденная стабильность показаний (благодаря использованию источника америция-241 с периодом полураспада около 400 лет), быстрый отклик, линейность выходного сигнала и устойчивость к изменениям в окружающих условиях. Применение: измерение ПДК высокотоксичных газов. Газоанализаторы: GD-70D

---

Читайте также

• Принципы работы датчиков в газоанализаторе

  
  При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

• Газоанализаторы в металлургической промышленности

  В последние годы на металлургических предприятиях особое внимание уделяется вопросу безопасности. Это связано с участившимися случаями отправления угарным газом, нехватки кислорода, а также опасностью взрыва из-за утечек метана и водорода. Предлагаем вашему вниманию презентацию решений RIKEN для металлургического производства, призванных свести к минимуму риски взрыва и отравления.

• Газоанализаторы для медицинских учреждений

  В медицинских учреждениях широкое применение нашли технические и медицинские газы, например, жидкий азот (N2), который используется в трансплантации, криотерапии и криобиологии. Низкая температура (-196°C), при которой азот находится в жидком состоянии, обеспечивает длительное хранение донорской крови, плазмы, стволовых клеток, а также органов.

Emerson Exchange 365

Время от времени люди вынуждены выбирать между двумя конкурирующими технологиями, каждая из которых по-своему привлекательна: Mac против ПК; iOS против Android; и если вы достаточно взрослый, VHS против бета-версии. Промышленные пользователи сталкиваются с аналогичными дилеммами при выборе детекторов токсичных газов. Это тема официального документа Emerson Automation Solutions «Электрохимическое или полупроводниковое обнаружение газов — решающий выбор».

Когда на объекте требуется мониторинг воздуха на наличие сероводорода, угарного газа или других токсичных газов, обычно можно использовать любой подход. Однако существуют операционные компромиссы, которые могут склонить чашу весов в ту или иную сторону.

Давайте сначала рассмотрим предложения твердотельных полупроводников, которые известны своей универсальностью, долговечностью и долгим сроком службы, но имеют некоторые специфические недостатки. Как отмечается в официальном документе, многие твердотельные датчики обладают высокой перекрестной чувствительностью к газам, присутствующим в производственной среде. Примерами являются органические тиолы, используемые в качестве одорантов в природном газе, хлоре, других галогенах и соединениях NO _x . Перекрестная чувствительность способствует не только недостоверным показаниям, но в тяжелых случаях может привести к ложным срабатываниям. Твердотельные датчики также требуют достаточного количества энергии для работы. При потребляемой мощности около 300 мВт конечные пользователи должны найти способы решения проблем с электропитанием при размещении твердотельных устройств в помещениях, где поблизости нет источника питания. Они должны либо использовать провод большего сечения, чтобы поддерживать большие расстояния до источника питания, либо устанавливать специальный источник питания ближе к прибору, если он оснащен изолированным аналоговым выходным сигналом. Неудивительно, что операторы обычно стараются избегать использования твердотельных газоанализаторов в удаленных, изолированных операциях или на объектах, где источники питания находятся далеко от установок детекторов.

Одним из серьезных ограничений твердотельных датчиков является сдвиг базовой линии. Если датчики не подвергаются регулярному воздействию целевого газа, со временем они теряют чувствительность, что приводит к компромиссу между стоимостью обслуживания оборудования и снижением производительности.

Как и твердотельные датчики, электрохимические устройства имеют свои преимущества и ограничения. Они обладают хорошей специфичностью и высокой чувствительностью. В отличие от твердотельных датчиков, электрохимические устройства требуют мало энергии для работы, а их прямое линейное воздействие на концентрацию газа обеспечивает надежные измерения в широком диапазоне концентраций.

Электрохимические датчики требуют рутинных контрольных испытаний и калибровки и не являются отказоустойчивыми, т. е. не могут обнаружить, когда их чувствительность нарушена. Они также имеют ограниченную работу в холодных условиях, обычно рассчитанных на нижний предел -40 ° C.

Беспроводной газоанализатор Rosemount 928 использует беспроводные электрохимические датчики газа Rosemount 628 для обнаружения токсичных газов и уровня кислорода и оснащен беспроводным протоколом HART. Полностью беспроводное устройство снижает потребность в кабелях и сокращает время установки и ввода в эксплуатацию оборудования для обнаружения газа. В официальном документе эти две технологии обнаружения сравниваются более подробно, но предполагается, что в целом электрохимические датчики лучше соответствуют требованиям технологического сектора.

Дополнительную информацию об обнаружении газа и встречи с другими людьми, столкнувшимися с подобными ситуациями, можно найти в сообществе Emerson Exchange365. Это форум для пользователей во всех отраслях промышленности по всему миру. Ищите предложения и ответы в группах безопасности предприятий и IIoT, а также в других специализированных областях.

Электрохимические датчики против нагретых датчиков оксида металла — Блог по обнаружению газа

Опубликовано 20 апреля 2021 г.

Интересная статья от Aeroqual о различиях между электрохимическими (EC) и нагретыми датчиками оксида металла (HMOS) для измерения озона.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ (EC) ДАТЧИКИ ОЗОНА

Сменный датчик ATI A14/A11 (электрохимический)

В электрохимическом датчике газообразный озон диффундирует через пористую мембрану в ячейку, содержащую электролит и электроды. Когда озон вступает в контакт с электролитом, между электродами происходит изменение электрохимического потенциала, вызывающее движение электронов.

В нулевом воздухе поток электронов незначителен или отсутствует. По мере увеличения присутствия озона электрический сигнал пропорционально увеличивается. Датчик интерпретирует этот сигнал и выводит концентрацию озона в ppm (частей на миллион) или ppb (частей на миллиард).

Сильные стороны

• Линейный отклик
• Хорошая повторяемость и точность
• Быстрое время отклика – 1-2 секунды
• Низкое энергопотребление
• Возможность измерения до 20 частей на миллион
• Ограниченные перекрестные помехи от ЛОС

Слабые стороны

• Влажность может повлиять на показания датчика
• Изменения температуры могут повлиять на показания датчика
• Чувствителен к ЭМП/РЧ-помехам
• Ограниченный срок службы сенсора (часто максимум 12-18 месяцев)
• Датчики стареют даже при хранении
• Снижение точности при низких уровнях озона (ниже 0,1 ppm)
• Почти 100% перекрестная чувствительность к NO2

Приложения

• Обнаружение утечек озона
• Мониторинг здоровья и безопасности (выше 0,1 ppm)
• Управление сигнализацией, генераторами озона и т. д. (выше 0,1 ppm)

ДАТЧИКИ НАГРЕВАЕМОГО МЕТАЛЛА-ОКСИДА (HMOS)

Датчик озона Aeroqual (GSS/HMOS)

В датчиках на основе нагретого оксида металла металлическая подложка нагревается, что делает ее очень чувствительной к озону. Электрический ток проходит через металлическую подложку. Сопротивление тока изменяется в зависимости от количества присутствующего газа. Датчик выводит сопротивление в ppm или ppb.

На рынке представлено несколько типов датчиков HMOS. Различные металлы и управление температурой могут оказать существенное влияние на общую производительность датчика. Запатентованная технология Aeroqual имеет торговую марку GSS (газочувствительный полупроводник), чтобы отличать ее от других доступных HMOS.

Следующие достоинства и недостатки относятся к современному датчику HMOS.

Преимущества

• Очень чувствителен к низким уровням озона (ниже 0,1 ppm)
• Отличная повторяемость и точность
• Долгий срок службы датчика при правильном хранении
• Очень низкие перекрестные помехи от NO2

Недостатки

• Требуется время для прогрева (10 минут после первого использования)
• Более медленное время отклика (60 секунд)
• Повышенное энергопотребление
• Перекрестная чувствительность к ЛОС
• Пониженная линейность выше 1 ppm

Применение

• Мониторинг атмосферного (наружного) озона
• Мониторинг здоровья и безопасности (особенно ниже 0,1 ppm)
• Портативный мониторинг озона (особенно ниже 0,1 ppm)
• Сценарии контроля озона (особенно ниже 0,1 ppm)

КАКОЙ ДАТЧИК ОЗОНА ЛУЧШИЙ?

Это действительно зависит от приложения.

Электрохимические датчики менее подвержены перекрестным помехам ЛОС, чем датчики HMOS, но они чрезвычайно (почти 100%) чувствительны к NO2 и Cl2. Следовательно, электрохимические датчики лучше всего подходят для внутреннего и промышленного применения, но менее подходят для наружного применения.

Надежность выше 0,1 ppm делает электрохимические датчики хорошим выбором для мониторинга здоровья и безопасности. Скорость отклика и широкий диапазон делают их разумным вариантом для обнаружения утечек.

HMOS, такие как датчик Aeroqual GSS O3, демонстрируют превосходную точность и стабильность ниже 0,1 ppm. Нормы охраны труда и техники безопасности во всем мире движутся к все более и более низким пороговым значениям O3. Если пороговое значение ниже 0,1 ppm, то HMOS действительно является единственным вариантом.

При мониторинге атмосферного воздуха уровни озона часто ниже 0,1 ppm (100 ppb), поэтому снова лучшим выбором являются HMOS, особенно если учесть перекрестную чувствительность электрохимических датчиков к NO2, который почти всегда присутствует при мониторинге окружающего воздуха.