مستشعر الغاز – Gas sensor
مستشعر الغاز: أداة إلكترونية تكشف وجود غاز معين في الهواء، أو تقيس نسبة تركيزه. حيث يحتوي المستشعر على مادة تتغير مقاومتها الكهربائية حسب تركيز الغاز حولها مما ينتج فرق جهد يمكّن المستشعر من تحديد نوع وتركيز الغاز.
يعتمد نوع الغاز الذي يستطيع المستشعر التعرف إليه على نوع مادة الاستشعار المستخدمة في المستشعر.
يستخدم لقياس التغير في تركيز الغازات السامة للحفاظ على نظام آمن وتجنب أي كوارث غير متوقعة، والكشف عن تسرب الغازات الضارة ومراقبة جودة الهواء في المصانع والمكاتب. توجد عدة أنواع من هذا المستشعر تقيس أنواعًا مختلفة من الغازات، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والميثان وغيرها. تظهر الصورة التالية أنواعًا مختلفة لمستشعر الغاز.
يمكن تصنيف مستشعرات الغاز حسب آلية الاستشعار إلى:
مستشعر غاز يعتمد على أكسيد المعادن Metal Oxide based gas Sensor
مستشعر الغاز البصري Optical gas Sensor
مستشعر الغاز الكهروكيميائي Electrochemical gas Sensor
مستشعر غاز يعتمد على السعة الكهربائية Capacitance-based gas Sensor
مستشعر غاز المسعر Calorimetric gas Sensor
مستشعر غاز يعتمد على الصوت Acoustic based gas Sensor
مستشعر الغاز الذي يعتمد على أكسيد المعادن هو النوع الأكثر شيوعا من مستشعرات الغاز.
تتكون معظم أنواع مستشعرات الغاز من هذه المكونات الأساسية:
طبقة استشعار الغاز Gas sensing layer
ملف تسخين Heater Coil
خط كهربائي Electrode line
سيراميك أنبوبي Tubular ceramic
قطب كهربائي Electrode
توضح الصورة التالية أجزاء مستشعر الغاز الذي يعتمد على أكسيد المعادن:
طبقة استشعار الغاز: المكون الأساسي لمستشعر الغاز والذي يقوم باستشعار التغير في تركيز الغاز عن طريق تغيير مقاومته الكهربائية، فهو عبارة عن مقاومة كيميائية تتغير قيمتها حسب تركيز غاز معين في محيطها. تصنع مادة الاستشعار في بعض الأنواع من أكسيد القصدير والذي يمتلك إلكترونات زائدة (عنصر مانح)، فعند وجود غازات سامة في محيط مادة الاستشعار تتغير مقاومتها ويتدفق تيار كهربائي متغير عبرها يعبر عن التغير في تركيز الغاز.
ملف تسخين: يعمل على تسخين مادة الاستشعار لزيادة حساسيتها وكفاءتها. يصنع من النيكل والكروم.
خط كهربائي: تنتج مادة الاستشعار تيارًا صغيرًا جدا عند استشعار الغاز، وللحفاظ على كفاءة حمل تلك التيارات الصغيرة تستخدم أسلاك البلاتينيوم لتساعد على تحريك الإلكترونات بكفاءة.
القطب الكهربائي: قطعة تربط بين طبقة استشعار الغاز والخط الكهربائي وتُصنع من الذهب لأنه موصل جيد.
السيراميك الأنبوبي: يوجد بين طبقة استشعار الغاز وملف التسخين، يصنع من أكسيد الألمنيوم. يساعد في الحفاظ على سخونة طبقة الاستشعار لزيادة حساسيتها وكفاءتها.
تمتلك مادة الاستشعار في طبقة استشعار الغاز إلكترونات حرة.
في الوضع الطبيعي يحتوي الهواء على الأكسجين بنسبة أكبر من الغازات الضارة، وتعمل جزيئات الأكسجين على جذب الإلكترونات الحرة الموجودة في مادة الاستشعار إلى سطحها وبالتالي لن يسري تيار داخل المادة (أي تزداد المقاومة).
أما عند تواجد الغازات الضارة حول المستشعر، تقوم بكسر الروابط بين جزيئات الأكسجين والإلكترونات الحرة وتشكل الإلكترونات تيارا داخل المادة (تقل المقاومة)، وكلما كان تركيز الغاز الضار أكبر كان التيار المتدفق أكبر.
يتم ربط مستشعر الغاز مع متحكم دقيق (microcontroller) للاستفادة منه والحصول على تركيز الغاز وإصدار إنذار في حالة الكشف عن غاز معين.
تطبيقات مستشعر الغاز:
يستخدم في الصناعة لمراقبة تركيز الغازات السامة في الجو.
يستخدم في البيوت للكشف عن أي حادث طارئ.
يستخدم في محطات البترول لمراقبة تركيز الغازات المنبعثة، ويستخدم في المناجم لمراقبة تركيز الغازات.
يستخدم في الأماكن العامة لمنع الأشخاص من التدخين.
يستخدم في أجهزة تكييف الهواء لمراقبة نسبة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون.
يستخدم للكشف عن الحريق.
إعداد: وئام سمارة
مراجعة: محمد سليمان
تدقيق: فاطمة العزيزي
مدة القراءة: 3 دقائق
المصادر:
1)
2)
3) Advanced Micro- and Nano-Gas Sensor Technology: A Review,
