يبدأ قياس الغازات الصناعية بسؤال أساسي واحد: كيف يمكن تحويل الغاز إلى إشارة قياس موثوقة؟

يقيس مستشعر الغاز الكهروكيميائي غازًا مستهدفًا متوافقًا من خلال تفاعل كهروكيميائي ينتج عنه إشارة كهربائية. يقوم محلل الغاز الكهروكيميائي بمعالجة هذه الإشارة وتحويلها إلى تركيز غاز معاير.

عملياً، لا تعتمد النتيجة على الغاز المستهدف وحده. فتركيبة المستشعر الكيميائية، ونقل الغاز، وتفاعلات الأقطاب الكهربائية، ودرجة الحرارة، والرطوبة، والغازات المتداخلة، ومعالجة الإشارة، كلها عوامل تؤثر على أداء القياس.

كيف يعمل جهاز تحليل الغاز الكهروكيميائي؟

مستشعر الغاز الكهروكيميائي هو جهاز استشعار يكشف عن غاز معين من خلال تفاعل كهروكيميائي. عندما يصل الغاز المستهدف إلى عنصر الاستشعار، يتفاعل داخل المستشعر وينتج استجابة كهربائية.

تعتمد تقنية تحليل الغازات عادةً على الاستشعار الكهروكيميائي للأكسجين وبعض الغازات السامة أو التفاعلية. ومع ذلك، يُصمم كل مستشعر لمهمة قياس محددة. وتعتمد توافقية الغاز، ونطاق القياس، والحساسية، والانتقائية، وظروف التشغيل على التركيب الكيميائي للمستشعر وبنيته.

يقوم محلل الغاز بمعالجة هذه الاستجابة وتحويلها إلى تركيز الغاز. يُصدر المستشعر استجابة كهربائية، لكن هذه الإشارة الكهربائية ليست قيمة القياس النهائية. يقوم محلل الغاز بمعالجة خرج المستشعر وتطبيق علاقة المعايرة المناسبة. يمكن بعد ذلك عرض النتيجة النهائية بوحدة جزء في المليون (ppm) أو نسبة مئوية حجمية (%Vol) أو أي وحدة تركيز مناسبة أخرى.

بحسب تصميم جهاز تحليل الغاز، يمكن نقل بيانات القياس عبر واجهات تناظرية أو رقمية. هذا التمييز مهم لتحليل الغازات الصناعية. يُنتج المستشعر الاستجابة الأولية، ثم يقوم جهاز تحليل الغاز بتحويل هذه الاستجابة إلى بيانات قياس قابلة للاستخدام.

ما هي الغازات التي يمكن لجهاز استشعار الغاز الكهروكيميائي قياسها؟

تستطيع أجهزة استشعار الغاز الكهروكيميائية قياس غازات محددة عندما تُصمَّم تركيبتها الكيميائية خصيصًا لهذه الغازات. ومن الأمثلة الشائعة: الأكسجين (O₂)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وكبريتيد الهيدروجين (H₂S)، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وأكسيد النيتروجين (NO)، وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)، والأمونيا (NH₃)، وذلك بحسب تصميم جهاز الاستشعار. مع ذلك، لا يُحدِّد نوع الغاز المستهدف وحده أداء القياس. 

قد يختلف مستشعران مصممان لقياس نفس الغاز في نطاق القياس، والحساسية، وظروف التشغيل، والحساسية المتبادلة، وخصائص الاستجابة. على سبيل المثال، قد يتطلب قياس الأكسجين في بيئة صناعية تكوين مستشعر مختلفًا عن ذلك المستخدم في قياس الغازات السامة منخفضة التركيز.

وهذا هو السبب أيضاً في أن الشركات المصنعة تنشر مواصفات خاصة بالغاز بدلاً من مواصفات أداء عالمية واحدة لجميع أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية.

عند تقييم غاز معين، يجب أن تتضمن المعلومات التقنية ذات الصلة نطاق القياس المعتمد، وظروف التشغيل، وخصائص الاستجابة، ومعلومات التداخل المحتملة لنموذج المستشعر هذا.

ما هي المكونات الرئيسية لجهاز استشعار الغاز الكهروكيميائي؟

على الرغم من اختلاف تصميمات أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية، إلا أن العديد من المكونات تعمل معًا بشكل شائع للتحكم في نقل الغاز، ودعم التفاعل الكهروكيميائي، ونقل الإشارة الناتجة.

وبالتالي، ينبغي على المهندسين الرجوع دائمًا إلى ظروف التشغيل المحددة للمستشعر المُختار، بدلًا من تطبيق قاعدة عامة واحدة على جميع المستشعرات الكهروكيميائية. لذا، ينبغي على المهندس فهم التقنية كمجموعة من تصميمات المستشعرات الخاصة بأنواع الغازات، بدلًا من اعتبارها طريقة استشعار واحدة متطابقة.

كيف تتم مقارنة محلل الغاز الكهروكيميائي مع تقنيتي NDIR وTDLAS؟

تستخدم تقنيات الاستشعار الكهروكيميائي، وNDIR، وTDLAS مبادئ قياس مختلفة.

لا تُسفر المقارنة عن فائز واحد شامل، بل تُلبّي كل تقنية متطلبات قياس مختلفة. لذا، ينبغي أن تبدأ مقارنة التقنيات بمبدأ القياس: ما هي الخاصية الفيزيائية أو الكيميائية للغاز المستهدف التي سيقيسها المحلل؟ يُمهّد هذا السؤال الطريق بوضوح من الغاز المستهدف إلى التقنية المناسبة.

كيف تقوم شركة ESEGAS بتصميم أنظمة تحليل الغازات الصناعية باستخدام المستشعر الكهروكيميائي؟

يربط نظام ESEGAS تقنية تحليل الغاز بالغاز المستهدف ومتطلبات القياس. لقياس الأكسجين، يمكن تهيئة جهاز ESEGAS IR-GAS-600 بتقنية الاستشعار الكهروكيميائي للأكسجين. وفقًا لمعلومات المنتج المنشورة، تتوفر تهيئة الاستشعار الكهروكيميائي للأكسجين لنطاق قياس يتراوح بين 0 و25%، بدقة 0.01% ودقة مُعلنة ≤±3% من النطاق الكامل للتهيئة المذكورة. ينبغي على المهندس دائمًا التأكد من المواصفات النهائية للمشروع الفعلي.

مع ذلك، فإن الاستشعار الكهروكيميائي ليس سوى تقنية قياس واحدة متاحة ضمن متطلبات تحليل الغازات الأوسع. بالنسبة للتطبيقات متعددة المكونات، المنشورة اي اس اي جي اس IR-GAS-600 وتشمل التكوينات أيضًا قياس NDIR للغازات مثل CO و CO₂ و CH₄، بالإضافة إلى قياس TCD لـ H₂.

لا تكمن قيمة هذا النهج في أن كل تطبيق يتطلب تقنيات متعددة، بل في أن مبادئ الاستشعار المختلفة يمكنها معالجة آليات قياس الغاز المختلفة ضمن تكوين واحد خاص بالتطبيق.

وبالتالي، يربط برنامج ESEGAS ما يلي:

تختلف الغازات في خصائصها الفيزيائية والكيميائية. يمكن للمستشعر الكهروكيميائي قياس بعض الغازات بكفاءة من خلال التفاعلات الكهروكيميائية، بينما تُعدّ غازات أخرى أكثر ملاءمة لامتصاص الأشعة تحت الحمراء، أو امتصاص الليزر، أو التوصيل الحراري، أو غيرها من مبادئ القياس.

خاتمة

يقيس مستشعر الغاز الكهروكيميائي غازًا مستهدفًا متوافقًا من خلال عملية كهروكيميائية تُنتج إشارة كهربائية، بينما يقوم محلل الغاز بتحويل هذه الإشارة ومعايرتها إلى قيمة تركيز. يعتمد اختيار التقنية على مصفوفة الغاز وظروف التشغيل، وليس فقط على اسم الغاز المستهدف.

هل تحتاج إلى اختيار محلل غاز كهروكيميائي أو متعدد التقنيات لتطبيقك؟ اتصل بشركة ESEGAS لمناقشة الغازات المستهدفة، ونطاق القياس، ومصفوفة الغاز، وظروف أخذ العينات، ومتطلبات المعايرة، وتكوين النظام.