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Détecteur de gaz - Principe des capteurs de détection de gaz courants

2023-09-05

Principe des capteurs de détection de gaz courants

Les capteurs de gaz sont les principaux dispositifs utilisés pour détecter la composition et la concentration des gaz. Leur principe de fonctionnement est généralement le suivant :

NO1. Principe de détection électrochimique

Description	En utilisant les propriétés chimiques actives du gaz à mesurer, qui peuvent être oxydées ou régénérées électrochimiquement, il est possible de déterminer la composition du gaz et de vérifier sa concentration .
Gaz mesurable	L'oxygène et la plupart des gaz toxiques , tels que l'oxygène (O2), le monoxyde de carbone (CO), l'ozone (O3), le sulfure d'hydrogène (H2S), l'azote (N2), le chlore (Cl2), l'hydrogène (H2), le formaldéhyde (CH2O), le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2), le dioxyde de soufre (SO2), l'oxyde d'éthylène (ETO), la phosphine (PH3), le cyanure d'hydrogène (HCN) et d'autres gaz toxiques.
Avantage	Réponse rapide, haute sensibilité, bonne linéarité de sortie ; performances relativement stables ; la grande majorité des gaz toxiques et dangereux peuvent être mesurés par des capteurs électrochimiques.
Inconvénient	Doit être utilisé dans un environnement oxygéné (au moins 1 % d'oxygène) ; se dégrade facilement sur toute la plage de température et de pression ; plus sensible à la température et à la pression.
Durée de vie	Durée de vie industrielle : 6 ans ; autres durées de vie : 2 à 3 ans (remplacement requis tous les 3 à 6 mois en environnements difficiles).
Contrainte	Les capteurs de type oxydant doivent être utilisés dans des endroits contenant de l'oxygène (au moins 1 % d'oxygène), les capteurs à sortie de signal négatif n'ont pas besoin d'oxygène pour fonctionner correctement, tels que O3\Cl2\NO2 et autres capteurs de type réducteur.

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NO .2 : Principe de détection de la combustion catalytique

Description	Le catalyseur présent en surface catalyse la combustion des gaz combustibles pour libérer de la chaleur. Ainsi, la combustion entraîne une augmentation de la température de la bobine de fil de platine et, par conséquent, de sa résistance. La variation de résistance du fil de platine permet de déduire la concentration des gaz combustibles, ce qui est particulièrement adapté à la mesure de faibles concentrations de ces gaz.
Gaz mesurable	Gaz inflammables et explosifs ; gaz combustibles, méthane, hydrogène et autres gaz avec une plage de détection de 0 à 100 % de la LIE (Limite Inférieure d'Explosivité).
Avantage	Performances stables, la plupart des gaz combustibles peuvent être mesurés par des capteurs de combustion catalytique, la linéarité de mesure est très bonne, le coût est relativement faible comparé au coût du principe de détection des gaz.
Inconvénient	Ce détecteur ne prend en charge que les gaz inflammables et explosifs et nécessite de l'oxygène pour fonctionner. En présence de soufre ou de silicium, il est impératif d'utiliser un capteur anti-empoisonnement, plus onéreux. Ce détecteur de combustion doit être protégé par un boîtier antidéflagrant ou un circuit à sécurité intrinsèque pour une utilisation en atmosphère explosive, notamment dans les mines, sous peine de conséquences graves.
Durée de vie	2-3 années
Contrainte	Doit être utilisé en présence d'oxygène ; les principaux critères à prendre en compte pour les applications sur le terrain sont la résistance à l'empoisonnement par les sulfures et le silicium.

NO 3. Principe de détection infrarouge

Description	Les différents gaz absorbent différemment les rayons infrarouges dans certaines bandes de longueurs d'onde. En mesurant l'intensité du courant produit par le dispositif photosensible infrarouge, on peut déterminer la concentration du gaz à analyser selon la loi de Beer-Lambert.
Gaz mesurable	Dioxyde de carbone, mesure de haute précision de la pureté des combustibles (mais la détection infrarouge des combustibles ne peut pas concerner H2, NH3), ainsi que certains gaz spéciaux nécessitant une grande précision de détection : hexafluorure de soufre, bromométhane, fluorure de sulfuryle, oxyde nitreux, Fréon, etc.
Avantage	Haute précision, bonne sélectivité, grande fiabilité, indépendant de l'oxygène, moins sensible aux perturbations environnementales ; principe optique, adapté à tous les environnements, notamment les zones explosives.
Inconvénient	Les types de gaz mesurables sont peu nombreux ; on peut généralement mesurer le CO2, les gaz combustibles hydrocarbonés, le CO, le NOX, le SO2, le SF6, etc. La pression, la température, l'humidité et la poussière ont un impact plus important, le prétraitement doit donc être bon !
Durée de vie	Durée de vie conventionnelle : 3 à 5 ans ; durée de vie haute précision : 10 ans.
Contrainte	L'absorption de gaz similaires peut interférer entre eux.

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NO .4 : Détecteurs à photo-ionisation

Description	Une source de lumière ultraviolette permet de détecter facilement les substances chimiques lorsqu'elles sont excitées par cette lumière et produisent des ions positifs et négatifs. L'ionisation se produit lorsque les molécules absorbent la lumière UV de haute énergie ; elles produisent alors des électrons négatifs et forment des ions positifs. Le courant généré par ces particules ionisées est amplifié par le détecteur, et la concentration est affichée sur l'appareil. Ces ions traversent les électrodes et se recombinent rapidement pour former les molécules organiques d'origine.
Gaz mesurable	Détection des composés organiques volatils (COV), des benzènes contenant des COV, des composés organiques chlorés, des fréons, des cétones, des amines, des alcools, des éthers, des esters, des acides et des hydrocarbures pétroliers, etc., soit au total, soit sous forme de gaz organique unique.
Avantage	Temps de réponse rapide et haute sensibilité, permettant la mesure des COV à des niveaux de l'ordre du ppb.
Inconvénient	Le coût des capteurs est relativement élevé. La lampe à ions ultraviolets PID est sujette à la pollution.
Durée de vie	10 000 heures (13 mois)

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NO .5 : Principe de détection de la conductivité thermique

Description	Elle repose sur le principe que la conductivité de certains matériaux semi-conducteurs à base d'oxyde métallique varie en fonction de la composition du gaz environnant à une certaine température.
Gaz mesurable	Mesurer la pureté de l'hydrogène, de l'hélium, de l'argon, de l'oxyde d'éthylène, etc., ou détecter certains gaz spéciaux à bas prix : hexafluorure de soufre, bromométhane, fluorure de sulfuryle, protoxyde d'azote, etc.
Avantage	Les capteurs de conductivité thermique à haute concentration sont principalement utilisés pour détecter avec précision de fortes concentrations d'hydrogène, d'hélium, d'argon, d'ETO, de SF6, etc. Ils résistent à la haute pression et présentent une bonne répétabilité.
Inconvénient	La plupart des gaz à faible concentration peuvent être détectés, mais il est impossible de distinguer un gaz spécifique. On peut seulement mesurer la présence ou l'absence de gaz ; utilisé pour la détection de fuites, il ne permet pas une détection précise. De plus, les variations de température et d'humidité de l'environnement extérieur ont un impact important sur la linéarité des mesures. Bien que la linéarité ne soit pas optimale, un étalonnage multipoint permet d'atteindre une précision élevée ; la mesure de faibles concentrations (de l'ordre du ppm) est peu performante, la mesure de mélanges gazeux est impossible en raison d'interférences, et ne peut être effectuée qu'avec un seul gaz, l'azote ou l'air étant des gaz de fond possibles.
Durée de vie	5 ans
Contrainte	Détection de fortes concentrations de CO2, H2, Ar, He, ETO et SF6, mesure de la conductivité thermique, résistance à la haute pression, sans oxygène

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NO .6 : Principe de détection par semi-conducteur

Description	En utilisant l'adsorption de matériaux semi-conducteurs sur le gaz, on modifie la résistance de la résistance sensible au gaz, afin de déterminer la présence ou l'absence du gaz.
Gaz mesurable	Le prix est bas, mais la stabilité n'est pas bonne ; actuellement, notre entreprise ne propose que deux types de gaz : de l'ozone à faible concentration et des COV à bas prix.
Avantage	Faible coût et haute sensibilité. Nos capteurs de conductivité thermique à faible concentration reposent également sur ce principe.
Inconvénient	Les variations de température et d'humidité ambiantes ont un impact important, et la mesure n'est pas linéaire. Son utilisation est limitée à certains environnements gazeux de fond, lorsque la concentration de gaz est faible et que la détection se limite à la mesure des fuites. Bien que performante pour la mesure des fuites, sa précision reste modeste. Elle est principalement utilisée comme alarme domestique, mais n'est pas adaptée à la détection de gaz industriels.
Durée de vie	2-3 années
Contrainte	Nécessite de l'oxygène. Sensibilité mais absence de linéarité, donc pas de mesure.

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