העיקרון והיישום של גלאי גזים רעילים ומזיקים
העיקרון והיישום של גלאי גז רעילים ומזיקים/המרכיב המרכזי של גלאי גז הוא חיישני גז. חיישני גז ניתן לחלק לשלוש קטגוריות באופן עקרוני:
א) חיישני גז המשתמשים בתכונות פיזיקליות וכימיות, כגון סוג מוליכים למחצה (מבוקר משטח, מבוקר נפח, סוג פוטנציאל פני השטח), סוג בעירה קטליטית, סוג מוליכות תרמית מוצקה וכו'.
ב) חיישני גז המשתמשים בתכונות פיזיקליות, כגון מוליכות תרמית, הפרעות אופטיות, בליעת אינפרא אדום וכו'.
ג) חיישני גז המשתמשים בתכונות אלקטרוכימיות, כגון אלקטרוליזה בפוטנציאל קבוע, סוללת Gavanni, אלקטרודת יונים ממברנה, אלקטרוליט קבוע וכו'.
על פי המפגעים, אנו מסווגים גזים רעילים ומזיקים לשתי קטגוריות: גזים דליקים וגזים רעילים. בשל תכונותיהם וסכנותיהם השונות, גם שיטות הזיהוי שלהם משתנות.
גז דליק הוא הגז המסוכן הנפוץ ביותר שנתקל בו במסגרות תעשייתיות כגון תעשייה פטרוכימית. הוא מורכב בעיקר מגזים אורגניים כמו אלקנים וגזים אנאורגניים מסוימים כמו פחמן חד חמצני. פיצוץ גזים דליקים חייב לעמוד בתנאים מסוימים, כלומר ריכוז מסוים של גזים דליקים, כמות מסוימת של חמצן ומספיק חום כדי להצית את מקור ההצתה שלהם. אלו הם שלושת המרכיבים החיוניים של הפיצוץ, ואף אחד מהם אינו הכרחי. במילים אחרות, היעדר כל אחד מהתנאים הללו לא יגרום לשריפה או פיצוץ.
כאשר גזים דליקים (קיטור, אבק) וחמצן מתערבבים ומגיעים לריכוז מסוים, יתרחש פיצוץ בעת מפגש עם מקור אש בטמפרטורה מסוימת. אנו מכנים את ריכוז הגז הדליק שמתפוצץ כשהוא פוגש את מקור האש כגבול ריכוז הפיצוץ, המכונה גבול הדליקות, שמתבטא בדרך כלל באחוזים.
בעבודתנו, גלאים המודדים גזים אלו באמצעות LEL משמשים בדרך כלל כגלאי בעירה קטליטית. העיקרון שלו הוא יחידת זיהוי של גשר כפול (המכונה בדרך כלל גשר וויטסטון). אחד מגשרי תיל פלטינה מצופה בחומרי בעירה קטליטיים. כל עוד ניתן להצית כל גז דליק על ידי האלקטרודה, ההתנגדות של גשר חוטי הפלטינה תשתנה עקב שינויי טמפרטורה. שינוי התנגדות זה הוא פרופורציונלי לריכוז הגז הדליק. ניתן לחשב את ריכוז הגז הדליק באמצעות מערכת המעגל והמיקרו-מעבד של המכשיר. ניתן למצוא בשוק גם גלאי VOL מוליכות תרמית המודדים ישירות את ריכוז הנפח של גזים דליקים, וכבר קיימים גלאים המשלבים LEL/VOL. גלאי הבעירה VOL מתאים במיוחד למדידת ריכוז הנפח (VOL) של גזים דליקים בסביבות היפוקסיות (חסרות חמצן).
גזים רעילים יכולים להתקיים הן בחומרי גלם לייצור, כמו רוב הכימיקלים האורגניים (VOCs), והן בתוצרי לוואי בשלבים שונים של תהליך הייצור, כמו אמוניה, פחמן חד חמצני, מימן גופרתי וכדומה. הם הגורמים המסוכנים ביותר לעובדים. פגיעה מסוג זה כוללת לא רק פגיעה מיידית, כגון אי נוחות פיזית, מחלה, מוות וכו', אלא גם פגיעה ארוכת טווח בגוף האדם, כגון נכות, סרטן וכדומה. איתור הגזים הרעילים והמזיקים הללו הוא נושא שמדינות מתפתחות צריכות להתחיל לתת לו תשומת לב מספקת.
כיום, אנו משתמשים בחיישני גז מיוחדים ביותר לזיהוי גזים רעילים ספציפיים. זה יכול לכלול את כל חיישני הגז המפורטים לעיל, כמו גם את גלאי הפוטיון שתואר בשני הפרקים הקודמים. ביניהם, השיטה הנפוצה ביותר לגילוי גזים אנאורגניים, עם טכנולוגיה בוגרת יחסית והאינדיקטורים המקיפים הטובים ביותר, היא שיטת האלקטרוליזה הפוטנציאלית הקבועה, הידועה גם בשם חיישנים אלקטרוכימיים.
החיישן האלקטרוכימי מורכב משתי אלקטרודות תגובה - האלקטרודה הפועלת, האלקטרודה הנגדית ואלקטרודת ייחוס - ממוקמות באלקטרוליט ספציפי (כמתואר באיור שלמעלה), ולאחר מכן מופעל מתח מספיק בין אלקטרודות התגובה כדי לאפשר לרדוקס להתבצע באמצעות הגז המיועד למדידה המצופה בסרט זרז מתכת כבדה, ולאחר מכן נמדד הזרם שנוצר במהלך אלקטרוליזה של גז דרך מערכת המעגל במכשיר, לאחר מכן, המיקרו-מעבד בפנים מחשב את ריכוז הגז.
כיום, חיישנים אלקטרוכימיים שיכולים לזהות גזים ספציפיים כוללים פחמן חד חמצני, מימן גופרתי, דו תחמוצת הגופרית, תחמוצת חנקן, דו תחמוצת החנקן, אמוניה, כלור, חומצה ציאנורית, תחמוצת אתילן, מימן כלוריד וכן הלאה.
זיהוי גלאי VOC יכול להשתמש בגלאי הפוטיון שהוצג בפרק הקודם. חמצן הוא גם גורם הדורש תשומת לב רבה בסביבות תעשייתיות, במיוחד בסביבות סגורות. בדרך כלל, כאשר תכולת החמצן עולה על 23.5 אחוזים, זה מכונה עודף חמצן (חמצן מועשר), שעלול להוביל בקלות לסכנת פיצוץ; כאשר תכולת החמצן נמוכה מ-19.5 אחוזים, זה מצביע על חוסר חמצן (היפוקסיה), מה שעלול להוביל בקלות לחנק, תרדמת ואפילו מוות בקרב העובדים. תכולת החמצן הרגילה צריכה להיות בסביבות 20.9 אחוזים. גלאי חמצן הם גם סוג של חיישן אלקטרוכימי.
