No cenário tecnológico atual, o monitoramento dos gases produzidos é muito importante. Desde eletrodomésticos, como condicionadores de ar, até chaminés elétricas e sistemas de segurança nas indústrias, o monitoramento de gases é muito importante. Sensores de gás são uma parte muito importante de tais sistemas. Pequenos como um nariz, os sensores de gases reagem espontaneamente ao gás presente, mantendo assim o sistema atualizado sobre quaisquer alterações que ocorram na concentração das moléculas no estado gasoso.
Sensores de gás estão disponíveis em amplas especificações dependendo dos níveis de sensibilidade, tipo de gás a ser detectado, dimensões físicas e vários outros fatores. Este Insight cobre uma sensor de gás metano que pode detectar gases como a amônia, que pode ser produzido a partir do metano. Quando um gás interage com este sensor, ele é primeiro ionizado em seus constituintes e então adsorvido pelo elemento sensor. Esta adsorção cria uma diferença de potencial no elemento que é transmitida à unidade do processador através dos pinos de saída em forma de corrente. O que é esse elemento sensor? É guardado em alguma câmara ou fica exposto? Como ele fica atualizado e como é retirado? Vamos descobrir neste Insight!!!
Fig. 1: Imagem mostrando um sensor de gás típico
O módulo sensor de gás consiste em um exoesqueleto de aço sob o qual um elemento sensor é alojado. Este elemento sensor é submetido à corrente através de fios de conexão. Esta corrente é conhecida como corrente de aquecimento através dele, os gases que se aproximam do elemento sensor são ionizados e absorvidos pelo elemento sensor. Isso muda a resistência do elemento sensor, o que altera o valor da corrente que sai dele.
Figura 2: Imagem mostrando várias partes de um sensor de gás
A imagem 01 mostra a parte externa de um módulo sensor de gás padrão: malha de aço, anel de fixação de cobre e cabos de conexão. A parte superior é uma malha de aço inoxidável que cuida do seguinte:
1. Filtrar as partículas suspensas para que somente elementos gasosos consigam passar para o interior do sensor.
2. Protegendo o interior do sensor.
3. Exibe uma rede antiexplosão que mantém o módulo sensor intacto em altas temperaturas e pressões de gás.
Para gerenciar eficientemente as funções listadas acima, a malha de aço é feita em duas camadas. A malha é fixada ao resto do corpo através de um anel de fixação revestido de cobre.
Figura 3: Aço Mash Usado Em Sensor De Gás
Os fios de conexão do sensor são grossos para que o sensor possa ser conectado firmemente ao circuito e uma quantidade suficiente de calor seja conduzida para a parte interna. Eles são fundidos em cobre e têm revestimento de estanho sobre eles. Quatro dos seis fios (A, B, C, D) são para busca de sinal, enquanto dois (1,2) são usados para fornecer calor suficiente ao elemento sensor.
Os pinos são colocados sobre uma base de baquelite que é um bom isolante e proporciona uma fixação firme aos cabos de conexão do sensor.
Características internas
Figura 4: Visão interna do sensor de gás após a remoção do mosto de aço
A parte superior do sensor de gás é removida para ver as partes internas do sensor: elemento sensor e fiação de conexão. A estrutura hexapod é constituída pelo elemento sensor e seis pernas de conexão que se estendem além da base de baquelite.
Figura 5: Imagem mostrando a estrutura hexápode dentro de um sensor de gás
A imagem 4 mostra o elemento sensor oco que é feito de cerâmica à base de óxido de alumínio e possui um revestimento de óxido de estanho. O uso de um substrato cerâmico aumenta a eficiência de aquecimento e o óxido de estanho, sendo sensível à adsorção dos componentes do gás desejado (neste caso o metano e seus produtos), é suficiente como revestimento de detecção.
Os fios responsáveis pelo aquecimento do elemento sensor são conectados por meio de Níquel-Cromo, uma liga condutora bem conhecida. Os fios responsáveis pelos sinais de saída são conectados usando fios de platina que transmitem pequenas mudanças na corrente que passa pelo elemento sensor. Os fios de platina são conectados ao corpo do elemento sensor enquanto os fios de Níquel-Cromo passam por sua estrutura oca.
Elemento de detecção de cerâmica
Figura 6: Elemento de detecção de cerâmica presente dentro de um sensor de gás
Enquanto outros fios são presos ao corpo externo do elemento, fios de níquel-cromo são colocados dentro do elemento em forma de mola. A imagem 5 mostra a parte enrolada do fio que é colocada no interior da cerâmica oca.
Figura 7: Um olhar mais atento ao elemento cerâmico
A Imagem 06 mostra a cerâmica com dióxido de estanho no revestimento superior que tem boa propriedade de adsorção. Qualquer gás a ser monitorado tem uma temperatura específica na qual ele se ioniza. A tarefa do sensor é trabalhar na temperatura desejada para que as moléculas de gás sejam ionizadas. Por meio do fio de níquel-cromo, a região cerâmica do elemento sensor é submetida à corrente de aquecimento. O calor é irradiado pelo elemento na região próxima onde os gases interagem com ele e são ionizados. Uma vez ionizados, eles são absorvidos pelo dióxido de estanho. As moléculas adsorvidas alteram a resistência da camada de dióxido de estanho. Isso altera a corrente que flui através do elemento sensor e é transmitida através dos cabos de saída para a unidade que controla o funcionamento do sensor de gás.
