Следующий

Обнаружение газов является важной функцией, но технология не менялась десятилетиями. Итак, когда я услышал о совершенно новом типе датчиков от NevadaNano (Спаркс, Невада), я решил взять интервью у Бена Роджерса, их технического директора.

Они называют свой датчик, устройство на основе МЭМС, Спектрометром молекулярных свойств™ (MPS™).

Датчик горючих газов MPS может обнаруживать и идентифицировать концентрации 12 наиболее распространенных горючих газов, включая водород; датчик газа метана MPS предназначен для контроля утечек метана в нефтегазовой отрасли; Датчик хладагента MPS обнаруживает легковоспламеняющиеся хладагенты с низким уровнем глобального потепления — все они основаны на одной и той же технологии. По словам Роджерса, их датчик гораздо точнее и надежнее, чем традиционный пеллистор (каталитический датчик) и недисперсионный инфракрасный датчик (NDIR). Большинство традиционных датчиков имеют покрытие, которое возбуждает ту или иную химическую реакцию. Проблема в том, что со временем сенсорные центры, обеспечивающие реакцию, могут быть разрушены. Однако MPS представляет собой инертную поверхность на основе кремния, которая не требует каких-либо химических реакций. По словам Роджерса, он нагревается, измеряет термодинамические свойства воздуха, а затем снова остывает, поэтому может работать 10 и более лет без какой-либо калибровки.

MPS встроен в корпус размером примерно в дюйм, как показано на рисунке 1. Тестируемый воздух поступает через сетчатый экран вверху и попадает на подвешенную привязанную микроплиту, диаметр которой равен диаметру человеческого волоса. Диаметр 100 микрон. Плита может нагреваться до сотен градусов Цельсия. Источником тепла является нагреватель Джоуля, в котором электрический ток подается через резистивный элемент, как показано на вставке к рисунку 1. Ток входит в один из тросов, закручивается и выходит по этой дорожке. «Мы можем измерить сопротивление конфорки, которое дает нам ее температуру, а также мощность, необходимую для достижения этой температуры», — сказал Роджерс. Соотношение между температурой пластины и мощностью, необходимой для достижения этой температуры, зависит от теплопроводности воздуха. Когда в воздухе содержатся газы, его тепловые свойства изменяются. Например, если в воздухе присутствует метан и нагревается конфорка, поскольку метан более теплопроводен, чем воздух, для поддержания нужной температуры конфорки требуется больше энергии, чем в случае отсутствия метана.

Благодаря своим уникальным свойствам MPS представляет собой MEMS-устройство, производимое аналогично кремниевым чипам: в литейном производстве; и поскольку это устройство MEMS, для его работы требуется очень мало энергии. «Раньше еще не существовало датчика горючих газов, который мог бы определить класс газа, который вы обнаруживаете. Когда мы обнаруживаем, мы также обеспечиваем классификацию. Например, датчик сообщает о присутствующей концентрации и о том, что это водород, или средний газ, такой как пентан, или смесь водорода», — сказал Роджерс. «Традиционные датчики газа никогда не имели возможности выполнять классификацию. Вот что делает нас такими точными: потому что мы можем настроить калибровку для любого газа».

Единицей концентрации, которая имеет значение, является нижний предел взрываемости (НПВ), который представляет собой наименьшую концентрацию (в процентах по объему) газа в воздухе, которая способна вызвать вспышку огня в присутствии источника возгорания. Поскольку пользователи хотят знать, насколько они близки к 50 % НПВ, возможность определить, какой газ присутствует, важна, поскольку НПВ для каждого газа различен.

На рисунке 2 показаны графики зависимости доставленной концентрации от заявленной концентрации. Это иллюстрирует одну из основных проблем с датчиками в этой области. Идеальный датчик сообщает вам именно то, что сообщается — он идет прямо посередине. Датчик, который завышает концентрацию, слишком рано сработает сигнал тревоги, что приведет к дорогостоящему ложному срабатыванию. Занижение данных дает ложноотрицательный результат, что опасно. В идеале вам бы хотелось, чтобы кривая находилась прямо посередине. Как видно на графике справа, точность датчика MPS вполне адекватна для семи различных газов.