Fundamentos de Sensores de Gás

João Blyler | 15 de março de 2021

Detectar a presença de gases nocivos era uma necessidade para os primeiros mineradores, bem como para os fabricantes e consumidores no início da revolução industrial. Um dos primeiros detectores de gás foi uma lâmpada de segurança contra chamas (ou lâmpada Davy) inventada pelo inventor inglês Sir Humphry Davy em 1815. A lâmpada Davy foi usada para detectar a presença de metano (grisu) em minas de carvão subterrâneas.

As técnicas de detecção de gás de ontem não chegam aos pés dos métodos de hoje. A era consumidora e industrial da Internet das Coisas (IoT) permitiu que ferramentas de detecção de gás ricas em sensores lidassem com uma variedade de tipos de gases nocivos, radioativos e explosivos. As tecnologias de gás mais comuns incluem espectrômetro de propriedade molecular (MPS), Pellister (cat-bead), infravermelho não dispersivo (NDIR), eletroquímico (echem) e detector de fotoionização (PID).

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Cada um deles é projetado para um tipo específico de gás. Por exemplo, o MPS, Pellister e NDIR são usados ​​para detectar vários hidrocarbonetos (gases inflamáveis/combustíveis). Por outro lado, sensores echem e PID são melhores na detecção de vários gases tóxicos e compostos orgânicos voláteis (VOCs).

Como os engenheiros devem abordar a tarefa de selecionar e implementar tecnologias de sensores de gás em seus projetos de IoT/IIoT? Para responder a essas perguntas, a Design News se reuniu com especialistas da NevadaNano. O que se segue é uma parte dessa discussão.

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Design News: Como os projetistas e fabricantes devem selecionar o sensor de gás certo?

NevadaNano: A seleção do sensor certo depende do tipo de gás que você precisa medir e do ambiente em que o sensor irá operar. Para gases como monóxido de carbono e sulfeto de hidrogênio, é melhor usar sistemas de sensor de tecnologia eletroquímica (ou echem) de gás tóxico. A tecnologia PID é uma boa escolha para aqueles gases que não podem ser detectados por sensores echem, como o gás tóxico benzeno. Para a detecção de gases de hidrocarbonetos (combustíveis/inflamáveis), as opções incluiriam as tecnologias MPS, NDIR e Pellister. Aqui está um bom conjunto de requisitos de design para começar:

1) Que gás ou gases devem ser detectados?

2) Qual é a faixa de detecção necessária?

3) Quais condições ou restrições ambientais podem afetar o projeto?

Cada um desses sistemas de detecção de gás mencionados anteriormente tem suas próprias vantagens e desvantagens. É importante entender essas diferenças antes de selecionar a tecnologia a ser usada para uma determinada aplicação.

Design News: Como os sensores de gás são usados ​​na indústria?

NevadaNano: Como você deve imaginar, há muitas variáveis ​​– como cenários operacionais – a serem consideradas ao selecionar a tecnologia de detecção de gás mais adequada. Muitos detectores de gás industriais permitem detecção fixa ou portátil. Selecionar o detector de gás industrial certo requer uma compreensão das limitações e pontos fortes de cada tipo de sensor.

Dispositivos portáteis e de mão podem ser usados ​​para detecção de gás único ou multigás. Este último pode incorporar múltiplas tecnologias em um único dispositivo. Esses tipos de detectores são geralmente usados ​​para a proteção da pessoa que usa o dispositivo.

Os detectores fixos são normalmente dispositivos de detecção de gás único que geralmente são conectados para monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano em uma vasta gama de aplicações industriais ou comerciais.

Design News: Como eles se encaixam nas plataformas IoT e IIOT?

NevadaNano: Os dados se tornaram uma ferramenta essencial para análise em uma ampla gama de aplicativos. Quanto maior a quantidade de dados analisados ​​e acionáveis, maior a probabilidade de os usuários tomarem decisões informadas. Historicamente, os sensores de gás forneciam níveis de gás em nível local. O mesmo acontecia com instrumentos portáteis, onde apenas o usuário imediato teria acesso aos dados. Finalmente, para instrumentos fixos, os níveis de gás seriam isolados da instalação.