CHƯƠNG 8 CÁC CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG KHÁC. (12 tiết)
8.3 Đo thành phần khí
Cảm biến đo nồng độ của một thành phần trong hỗn hợp khí nhằm:
- Kiểm tra tỷ lệ nhiên liệu - Kiểm tra khí thải độc hại
ể ồng độkhí đố ổ
Chương 8: Các cảm biến đo lường khác - Kiểm tra các thành phần khí tiêu thụ sản hoặc sinh ra trong quá trình oxy hóa nhiên liệu - Kiểm tra khí gây hại cho con người
Ngày nay có các loại cảm biến sau: - Cảm biến điện hóa đo áp hay dòng - Cảm biến điện
- Cảm biến quang - Cảm biến thuận từ - Cảm biến xúc tác
Hình 8.6: Cảm biến mq135
Cảm biến mq135 thường dùng để phát hiện khí độc như Amoniac, benzen, rượu, khói.
Hình 8.7: Cấu trúc và hình dạng của cảm biến MQ303A
Chương 8: Các cảm biến đo lường khác Hiện nay trong sinh hoạt hàng ngày và sản xuất trong công nghiệp đƣa vào khí quyển hàng trăm triệu tấn khí độc hại bao gồm: SO2, NOx, CO, CO2, bụi,… ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Vì vậy việc đo và cảnh báo hàm lượng của các chất độc hại này là cần thiết nhất đối với các khu công nghiệp hoặc các nhà máy
8.3.1 Khí SO2(Lưu huỳnh dioxit)
SO2 là chất khí không màu, có vị axít, ảnh hưởng tới hệ hô hấp hoà tan trong lớp màng của mắt, mũi, miệng, cổ họng gây khó thở, loét niêm mạc. Đểđo SO2 (ôxít lưu huỳnh) trong không khí thiết bị quan trọng nhất là các bộ cảm biến, mà nguyên lý dựa chủ yếu theo 2 phương pháp:
Phương pháp đo độ dẫn điện và phương pháp huỳnh quang cực tím.
Phương pháp dẫn điện: Đểđo SO2 lẫn trong khí thải hay không khí, mẫu khí được đưa vào
một chất lỏng hấp phụ cơ bản có chứa peroxyde hydro. Đó là một dung dịch axít sulfuric, phản ứng xảy ra nhƣ sau:
2H2O + SO2= H2SO4+ H2
Nhờ việc tạo ra H2SO4 mà điện dẫn của dung dịch hấp phụ sẽtăng lên phụ thuộc vào hàm lƣợng SO2 trong khí mẫu. Đo độ dẫn điện này có thể suy ra nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí mẫu phương pháp này có thể đo nồng độ từ 0- 1ppm vơí độ nhạy 0,001ppm. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ đo được gián đoạn cứsau 30 hay 60 phút đo 1 lần và phải thay dung dịch.
Phương pháp huỳnh quang cực tím. Nguyên lý của phương pháp như sau: Giả sử có một chùm tia cực tím cho qua bộ lọc ánh sáng với bước sóng khoảng 210nm, khi ta cho chùm tia cực tím đó đi qua một ống quang học có chứa mẫu khí SO2, các phần tử SO2 sẽ bị kích thích trong một khoảng thời gian nhất định và một chùm tia cực tím với bước sóng dài (gần 350nm) sẽđược phát ra. Thu tia phản xạnày, căn cứ vào cường độ phát xạ ta có thể suy ra hàm lƣợng SO2 trong khí mẫu cần phân tích.
8.3.2 Các cảm biến đo tựđộng hàm lƣợng các oxit Nitơ (NOx)
Oxit Nitơ đều là những chất khí độc hại, thường được hình thành do hoạt động đốt cháy nhiên liệu nhƣ xăng, dầu, than gây ra, nhƣ NO2 là chất khí có màu nâu, có mùi, có tính axít, khí gây viêm loét đường hô hấp hoà tan trong màng nhờn của phổi, gây bệnh đường hô hấp. Để đo
Chương 8: Các cảm biến đo lường khác NOx chủ yếu sử dụng 2 phương pháp:Phương pháp thụ muối và phản quang hóa học:
Phương pháp hấp thụ muối: Khi cho khí có chứa NO2 qua dung dịch chứa muối, dung dịch sẽ hấp thụ NO2 làm thay đổi màu sắc của chất lỏng. Màu của chất lỏng đã hấp thụ NO2 có bước sóng 545nm. Một Sensor quang sẽđo sựthay đổi màu sắc đó ởbước sóng này và suy ra hàm lƣợng NO2 chứa trong khí thử. Nếu trong hỗn hợp có chứa NO thì khí này không phản ứng với dung dịch muối, nó sẽ đi tiếp đến luồng oxi hóa chứa khí ôzôn (O3) để tạo ra NO2 và cũng đo bằng phương pháp trên – phương pháp này cho phép đo nồng độ NO2 trong khoảng 0 –1 ppm với độ nhạy 0,001ppm. Và thường đo gián đoạn cứ 30 hay 60 phút 1 lần đo.
Phương pháp phản quang hoá học : Nhược điểm phương pháp trên là đo gián đoạn để đo liên tục ta sử dụng phương pháp phản quang hóa học. Nguyên lý như sau: có một tia hồng ngoại yếu với bước sóng khoảng 600nm được phát xạ khi xảy ra phản ứng giữa NO và O3.
Phản ứng nhƣ sau:
NO + O3= NO2* + O2 NO2* = NO2 + h
Trong đó NO2* là oxit Nitơ được kích thích sẽ tạo thành NO2 và phát xạ tia hồng ngoại bước sóng 600nm –800nm. Đo cường độbước xạ sẽsuy ra hàm lượng NO2 trong khi thử.
8.3.3 Đo nồng độ khí CO (Carbon monoxit)
Oxit Cacbon (CO) là một chất vô cùng độc hại. Đó là một chất khí không mùi, kết hợp với hồng cầu tạo ra chất không vận chuyển oxi, ảnh hưởng ngay tới thần kinh trung ương và hệ tuần hoàn máu, gây đau đầu, mệt mỏi, mất ngủ giảm trí nhớ, ngộđộc nặng có thể tửvong. Để đo được lượng CO trong hỗn hợp khí người ta sử dụng tính chất hấp thụ tia hồng ngoại của CO ở bước sóng 4,7mm.
Một nguồn phát xạ hồng ngoại đƣợc cho qua bộ lọc ánh sáng chỉ cho tia hồng ngoại có bước sóng 4,7mm lọc qua. Để tạo sự chênh áp ở luồng cảm biến người ta sử dụng 2 ngăn:
ngăn 1 chứa không khí bình thường( không có CO). Ngăn 2 thông với khí thử có chứa CO cần đo. Tia hồng ngoại đƣợc gián đoạn hoá bằng 1 đĩa đục lỗdo 1 động cơ quay khi có khí thử vào
Chương 8: Các cảm biến đo lường khác giữa P1 và P2. Một cảm biến điện dung đƣợc nối với mạch đo và đƣa vào máy tính xử lý kết quả. Phương pháp này có độchính xác và độổn định cao.