Các nhà sinh vật học cho rằng mũi người có thể phân biệt được khoảng 10.000 mùi. Mũi của chó có thể phân biệt khoảng 2 triệu mùi khác nhau và nó cũng có “khả năng phân tích” cao. Một mùi cụ thể có thể được tìm thấy từ nhiều mùi hỗn hợp. Mặc dù vậy, trong tự nhiên vẫn tồn tại nhiều chất khí không màu, không mùi mà cả con người và động vật đều không thể ngửi thấy. Do đó, cần sử dụng cảm biến khí để đo nồng độ của các loại khí khác nhau.

Cảm biến khí phát hiện một loại khí cụ thể và đo liệu khí đó có ở gần cảm biến hay không hoặc hàm lượng của nó trong không khí. Vì vậy, cảm biến khí gas thường không thể thiếu trong hệ thống an toàn. Cảm biến khí có nhiều loại khác nhau và có thể đo các loại khí khác nhau. Có các cảm biến đo các khí không độc hại như oxy và carbon dioxide, và các cảm biến phát hiện các khí độc hại như carbon monoxide, TVOC và amoniac. Cảm biến khí thường được sử dụng ở những nơi dễ cháy, nổ và độc hại để bảo vệ người lao động.

Khái niệm cơ bản

Cảm biến khí gas đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường và giám sát chất lượng không khí dựa trên nhiều nguyên tắc cảm biến khác nhau và sử dụng các thiết bị điện tử. Các phương pháp phát hiện khác nhau như hấp thụ, dẫn điện, quang phổ và cơ khí được áp dụng để phát hiện sự hiện diện của khí trong môi trường. Mỗi phương pháp đều có cảm biến có khả năng chuyển đổi tín hiệu từ khí phát hiện thành giá trị đo lường có thể hiển thị trên các thiết bị điện tử hoặc máy tính. Tóm lại, cảm biến khí Gas đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát môi trường, cho phép chúng ta đánh giá thành phần và nồng độ của khí trong không khí để có thông tin quan trọng về chất lượng không khí và thực hiện các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát hiệu quả.

Các loại cảm biến

1. Cảm biến khí gas bán dẫn

Được thiết kế bằng cách sử dụng các vật liệu bán dẫn như SnO2 (oxit thiếc) hoặc WO3 (oxit wolfram) để tương tác với khí và thay đổi điện trở. Khi cảm biến phát hiện khí, sự thay đổi điện trở này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện để cảnh báo người sử dụng về sự hiện diện của khí đó.

Cảm biến khí gas bán dẫn có rất nhiều ứng dụng khác nhau. Chúng có thể được sử dụng để kiểm soát môi trường trong phòng sạch, phát hiện khí độc trong không khí, và giám sát chất lượng không khí trong xe hơi. Cảm biến này có thể hoạt động độc lập hoặc được kết hợp với các hệ thống điều khiển để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

2. Cảm biến khí gas điện hóa

Đây là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện khí trong môi trường xung quanh bằng cách sử dụng phản ứng điện hóa giữa khí và điện cực. Cảm biến này bao gồm hai điện cực được đặt trong một chất lỏng dẫn điện và tách ra bằng một lớp màng mỏng. Khi khí tương tác với màng này, các phản ứng điện hóa xảy ra tạo ra sự khác biệt điện thế giữa hai điện cực, và điện thế này được đo bằng một mạch đo.

Có nhiều loại cảm biến khí gas điện hóa khác nhau, mỗi loại phản ứng với các loại khí khác nhau và được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, cảm biến này có thể được sử dụng để phát hiện khí CO (carbon monoxide) trong các môi trường như nhà ở, khí NOx (nitrogen oxides) trong xe hơi, hoặc khí H2S (hydrogen sulfide) trong các ngành công nghiệp.

3. Cảm biến rò rỉ khí gas NDIR

NDIR (Non-Dispersive Infrared) là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện rò rỉ khí gas trong môi trường. Cảm biến khí gas này hoạt động dựa trên nguyên tắc đo sự hấp thụ của khí gas đối với ánh sáng hồng ngoại để xác định nồng độ khí trong không khí.

Cụ thể, cảm biến NDIR sử dụng một nguồn sáng hồng ngoại để phát ra tín hiệu ánh sáng có bước sóng cụ thể. Ánh sáng này sau đó được dẫn qua mẫu khí cần đo. Nếu có khí gas trong mẫu khí, nó sẽ hấp thụ một phần ánh sáng, dẫn đến giảm năng lượng của ánh sáng. Một máy đo ánh sáng được đặt ở phía bên kia của mẫu khí sẽ đo lượng ánh sáng bị giảm, và dựa trên sự giảm này, cảm biến tính toán nồng độ khí gas có mặt trong môi trường.

Phương pháp này cho phép cảm biến NDIR xác định nồng độ khí gas một cách chính xác và đáng tin cậy. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng như kiểm tra khí CO2 (carbon dioxide) trong các hệ thống điều hòa không khí, đo khí CH4 (methane) trong quá trình sản xuất và kiểm soát quá trình công nghiệp, và giám sát khí CO (carbon monoxide) trong các ngành công nghiệp và giao thông.

4. Cảm biến khí gas xúc tác

Loại cảm biến này được sử dụng để phát hiện và đo nồng độ khí gas trong môi trường bằng cách sử dụng phản ứng hóa học giữa khí gas và chất xúc tác để tạo ra tín hiệu điện. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý rằng khi khí gas tương tác với chất xúc tác, các phản ứng hóa học xảy ra và có thể đo được bằng các phương pháp điện hóa.

Khi một khí gas đi qua cảm biến, nó tương tác với chất xúc tác trên bề mặt của điện cực. Phản ứng hóa học giữa khí gas và chất xúc tác tạo ra một tín hiệu điện thay đổi, và độ lớn của tín hiệu điện này tỉ lệ thuận với nồng độ khí gas trong môi trường. Tín hiệu điện này được chuyển đến một bộ điều khiển để tính toán và hiển thị nồng độ khí gas.

Phương pháp này cho phép cảm biến phản ứng với nhiều loại khí gas khác nhau và có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như kiểm soát chất lượng không khí trong nhà, phòng sạch, các ứng dụng công nghiệp và hóa chất, và giám sát môi trường trong giao thông vận tải.

5. Cảm biến khí gas quang hóa

Bạn cũng có thể sử dụng loại cảm biến này để phát hiện và đo nồng độ các loại khí gas trong môi trường. Cảm biến hoạt động bằng cách sử dụng tín hiệu quang học, trong đó nguồn sáng laser phát ra tia sáng, để đo nồng độ khí gas. Tia sáng này được dẫn qua mẫu khí cần đo. Nếu có khí gas được phát hiện, nó sẽ tương tác với tia sáng và tạo ra các phản ứng hóa học quang học. Các phản ứng này sẽ tạo ra tín hiệu quang học, được đo và phân tích để xác định nồng độ khí gas.

Phương pháp này cho phép cảm biến phản ứng với các loại khí gas khác nhau và có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiểm soát chất lượng không khí trong nhà, phòng sạch, công nghiệp và hóa chất, và giám sát môi trường trong giao thông vận tải. Tín hiệu quang học được sử dụng để đo nồng độ khí gas có thể được chuyển đến các thiết bị điện tử hoặc máy tính để hiển thị và xử lý thông tin liên quan.

Ứng dụng

Cảm biến khí gas được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau với các ứng dụng phổ biến sau:

- Phát hiện khí gas trong môi trường nhà ở: Cảm biến được dùng để phát hiện các loại khí độc như khí CO, H2S và các khí khác trong môi trường sống. Khi phát hiện có mặt của khí gas, cảm biến sẽ kích hoạt cảnh báo để người dùng có thể thực hiện biện pháp an toàn.

- Giám sát môi trường làm việc trong ngành công nghiệp: Cảm biến khí gas được sử dụng để theo dõi môi trường làm việc trong các ngành công nghiệp như sản xuất hóa chất, xử lý nước thải, khai thác dầu khí và các khu vực nguy hiểm khác.

- Đo lường chất lượng không khí trong khu vực công cộng: Cảm biến khí gas có thể được áp dụng để đo lường chất lượng không khí trong các khu vực công cộng như công viên, trung tâm mua sắm và các khu vực khác để đảm bảo môi trường sống lành mạnh. Thường được sử dụng để kiểm tra chất lượng không khí trong máy lọc không khí.

- Ứng dụng trong lĩnh vực y tế: Cảm biến khí gas cũng có thể được sử dụng để đo nồng độ cồn, phân tích hơi thở và kiểm tra chất lượng không khí trong các phòng mổ và phòng điều trị.

- Ứng dụng trong ngành công nghiệp: Cảm biến khí gas được áp dụng để theo dõi nồng độ các khí độc hại trong quá trình sản xuất và làm việc.

- Ứng dụng trong phòng cháy chữa cháy: Cảm biến khí gas có thể sử dụng để phát hiện khói và đám cháy, giúp bảo vệ an toàn trong các hệ thống chữa cháy.

- Ứng dụng trong khai thác mỏ: Cảm biến khí gas được sử dụng để kiểm tra nồng độ các chất khí trong mỏ, đảm bảo an toàn cho công nhân làm việc trong môi trường mỏ.

‍