En el escenario tecnológico actual, el seguimiento de los gases producidos es muy importante. Desde electrodomésticos, como aires acondicionados, hasta chimeneas eléctricas y sistemas de seguridad industriales, el monitoreo de gases es muy importante. Los sensores de gas son una parte muy importante de estos sistemas. Pequeños como una nariz, los sensores de gas reaccionan espontáneamente al gas presente, manteniendo así el sistema actualizado sobre cualquier cambio que se produzca en la concentración de moléculas en estado gaseoso.
Los sensores de gas están disponibles en amplias especificaciones según los niveles de sensibilidad, el tipo de gas que se va a detectar, las dimensiones físicas y varios otros factores. Este Insight cubre un sensor de gas metano que puede detectar gases como el amoníaco, que se puede producir a partir del metano. Cuando un gas interactúa con este sensor, primero se ioniza en sus constituyentes y luego el elemento sensor lo adsorbe. Esta adsorción crea una diferencia de potencial en el elemento que se transmite a la unidad procesadora a través de los pines de salida en forma de corriente. ¿Qué es este elemento sensor? ¿Está almacenado en una cámara o está expuesto? ¿Cómo se actualiza y cómo se elimina? ¡¡¡Descubrámoslo en este Insight!!!
Fig. 1: Imagen que muestra un sensor de gas típico
El módulo de detección de gas consta de un exoesqueleto de acero bajo el cual se aloja un elemento sensor. Este elemento sensor está sometido a corriente a través de cables de conexión. Esta corriente se conoce como corriente de calentamiento. A través de ella, los gases que se acercan al elemento sensor son ionizados y absorbidos por el elemento sensor. Esto cambia la resistencia del elemento sensor, lo que cambia el valor de la corriente que sale de él.
Figura 2: Imagen que muestra varias partes de un sensor de gas
La imagen 01 muestra la parte externa de un módulo sensor de gas estándar: malla de acero, anillo de fijación de cobre y cables de conexión. La parte superior es una malla de acero inoxidable que se encarga de lo siguiente:
1. Filtre las partículas en suspensión para que solo los elementos gaseosos puedan pasar al sensor.
2. Proteger el interior del sensor.
3. Cuenta con una malla antiexplosión que mantiene intacto el módulo del sensor ante altas temperaturas y presiones de gas.
Para gestionar eficazmente las funciones enumeradas anteriormente, la malla de acero se fabrica en dos capas. La malla se fija al resto del cuerpo mediante un anillo de fijación recubierto de cobre.
Figura 3: Acero triturado utilizado en el sensor de gas
Los cables de conexión del sensor son gruesos para que el sensor pueda conectarse firmemente al circuito y pueda conducirse una cantidad suficiente de calor internamente. Están hechos de cobre y tienen un revestimiento de estaño. Cuatro de los seis cables (A, B, C, D) sirven para buscar señal, mientras que dos (1,2) se utilizan para proporcionar suficiente calor al elemento sensor.
Los pines están colocados sobre una base de baquelita que es un buen aislante y proporciona una sujeción firme a los cables de conexión del sensor.
Características internas
Figura 4: Vista interior del sensor de gas después de retirar el mosto de acero
Se retira la parte superior del sensor de gas para ver las partes internas del sensor: elemento sensor y cableado de conexión. La estructura hexápoda consta del elemento sensor y seis patas conectoras que se extienden más allá de la base de baquelita.
Figura 5: Imagen que muestra la estructura hexápoda dentro de un sensor de gas
La imagen 4 muestra el elemento sensor hueco que está hecho de cerámica a base de óxido de aluminio y tiene un revestimiento de óxido de estaño. El uso de un sustrato cerámico aumenta la eficiencia de calentamiento y el óxido de estaño, al ser sensible a la adsorción de los componentes del gas deseado (en este caso metano y sus productos), es suficiente como recubrimiento de detección.
Los cables responsables de calentar el elemento sensor están conectados mediante níquel-cromo, una conocida aleación conductora. Los cables responsables de las señales de salida están conectados mediante cables de platino que transmiten pequeños cambios en la corriente que pasa a través del elemento sensor. Los cables de platino están conectados al cuerpo del elemento sensor, mientras que los cables de níquel-cromo pasan a través de su estructura hueca.
Elemento sensor cerámico
Figura 6: Elemento sensor cerámico presente dentro de un sensor de gas
Mientras que otros cables están unidos al cuerpo exterior del elemento, los cables de níquel-cromo se colocan dentro del elemento con forma de resorte. La imagen 5 muestra la parte enrollada del alambre que se coloca dentro de la cerámica hueca.
Figura 7: Una mirada más cercana al elemento cerámico
La imagen 06 muestra la cerámica con dióxido de estaño en el recubrimiento superior, que tiene buenas propiedades de adsorción. Cualquier gas a monitorear tiene una temperatura específica a la que se ioniza. La tarea del sensor es trabajar a la temperatura deseada para que las moléculas de gas se ionicen. A través del alambre de níquel-cromo se somete la zona cerámica del elemento sensor a la corriente de calentamiento. El elemento irradia calor en la región cercana donde los gases interactúan con él y se ionizan. Una vez ionizados, son absorbidos por el dióxido de estaño. Las moléculas adsorbidas cambian la resistencia de la capa de dióxido de estaño. Esto cambia la corriente que fluye a través del elemento sensor y se transmite a través de los cables de salida a la unidad que controla el funcionamiento del sensor de gas .