سنسورهای اکسیژن مانند سایر وسایل ایمنی نقش مهمی در حفاظت از سلامت و ایمنی پرسنل دارند. سنسور اکسیژن یک دستگاه الکترونیکی است که غلظت اکسیژن را در گاز یا مایع مورد تجزیه و تحلیل اندازه گیری می کند. این سنسور توسط رابرت بوش در اواخر دهه 1960 درک نحوه عملکرد تحت نظارت دکتر گونتر بامان تولید شد. این دستگاه ها برای دستیابی به عملکرد مطلوب و حفاظت از کارمندان برای جلوگیری از اثرات جدی کمبود یا افزایش بیش از حد اکسیژن ضروری است. سنسور اکسیژن مانند یک ژنراتور عمل می کند و هنگامی که به مقدار معینی گرم می شود، به خودی خود ولتاژ تولید می کند. سنسورهای اکسیژن در صنایع مختلفی مانند داروسازی، علوم زیستی، برق، آب و فاضلاب، پرورش ماهی، غذا و نوشیدنی و غیره کاربرد دارند. اندازه گیری اکسیژن مایعات و گازها برای کنترل فرآیند و کیفیت در کاربردهای صنعتی مهم است. همچنین این سنسورها بسته به کاربردشان انواع و عملکردهای مختلفی دارند که در ادامه بیشتر با آنها آشنا خواهیم شد.
کاربردی های سنسور اکسیژن
رایج ترین کاربرد سنسور اکسیژن اندازه گیری غلظت گاز اکسیژن برای موتورهای احتراق داخلی خودروها و سایر وسایل نقلیه است. این اندازه گیری برای محاسبه و در صورت لزوم تنظیم دینامیکی نسبت سوخت و هوا استفاده می شوذ. تنظیم دینامیکی به مبدل های کاتالیستی اجازه می دهد تا عملکرد مطلوبی داشته باشند. غواصان همچنین از این ابزار دقیق برای اندازه گیری فشار جزئی اکسیژن در گاز تنفسی استفاده می کنند. دانشمندان از حسگرهای اکسیژن برای اندازه گیری تنفس یا تولید اکسیژن در گیاهان استفاده می کنند. سنسورهای اکسیژن در آنالایزرهای اکسیژن برای کاربردهای پزشکی استفاده می شوند. یکی دیگر از کاربردهای سنسورهای اکسیژن در سیستم های پیشگیری از حریق، هوای هیپوکسیک است. در یک سیستم اتوماسیون با این سنسور، غلظت اکسیژن را می توان به طور مداوم در سطح ایمن کنترل کرد.
سنسور اکسیژن چگونه کار میکند؟
هدف مهم و اولیه از طراحی سنسور اکسیژن، اطمینان از عملکرد موتور در حالت بهینه و اقتصادی است که کمترین گازهای آلاینده را در این حالت منتشر می کند. سنسور اکسیژن نسبت سوخت به هوای ورودی به موتور را اندازه گیری می کند. با استفاده از داده های حسگر، سیستم کنترل بازخورد حلقه بسته میزان سوخت ارسالی به موتور را تصحیح می کند. سنسور اکسیژن یا سنسور لامبدا از یک بدنه سرامیکی با سر پلاتین تشکیل شده است. یک محفظه فلزی از سر سنسور محافظت می کند. سطح بیرونی سرامیک پوشش داده شده در معرض اکسیژن گازهای خروجی اگزوز قرار می گیرد. فضای داخلی آن به اکسیژن موجود در جو وصل است. تفاوت بین این دو نقطه باعث ایجاد ولتاژ در سنسور می شود.
انواع سنسورهای اکسیژن
سنسورهای اکسیژن بر اساس روش تولید ولتاژ به دو نوع سنسور اکسیژن شیمیایی و سنسور اکسیژن ترموکوپل طبقه بندی می شوند. سنسورهای شیمیایی اکسیژن متداول ترین نوع سنسور اکسیژن هستند. سنسورهای اکسیژن نسبتاً ارزان هستند و عمر مفید بالایی دارند. سنسورهای اکسیژن ترموکوپل نسبت به سنسورهای اکسیژن شیمیایی کمتر رایج هستند اما دقت بیشتری دارند. این سنسورها در انواع مختلفی طراحی و ساخته می شوند. بعضی از آن ها عبارتند از:
- سنسورهای الکتروشیمیایی: این حسگرها بر اساس یک واکنش الکتروشیمیایی بین یک الکترود حساس به اکسیژن و یک محلول الکترولیت حاوی یونهای اکسیژن کار میکنند.
- سنسورهای اپتیکال: سنسورهای نوری بر اساس اصول نورسنجی و انتقال نور از طریق محیط حساس به اکسیژن کار می کنند. تغییرات نوری که از یک محیط عبور می کند با تغییر در میزان اکسیژن در آن محیط همراه است.
- سنسورهای گاز: سنسورهای گاز از اصول تشخیص گاز متفاوتی استفاده می کنند. هنگامی که اکسیژن وارد سنسور می شود، یک واکنش شیمیایی که توسط سنسور تشخیص داده می شود رخ می دهد.
- سنسورهای مغناطیسی: این حسگرها از تغییرات میدان مغناطیسی ناشی از وجود یا عدم وجود اکسیژن برای اندازه گیری استفاده می کنند. هر یک از سنسورهای ذکر شده دارای مزایا و معایبی هستند که بسته به محیط کار و نیازهای اندازه گیری استفاده می شوند.
آشنایی با انواع سنسور اکسیژن اندرس هاوزر
اندرس هاوزر Endress+Hauser راه حل های مختلفی برای اندازه گیری اکسیژن محلول در تمام صنایع ارائه می دهد. این شامل کنترل هوادهی حوضه های لجن فعال در تصفیه فاضلاب و اندازه گیری اکسیژن باقیمانده در آب تغذیه دیگ بخار نیروگاه، کنترل تخمیر در پردازش مواد غذایی و بهینه سازی رنگ و طعم در تولید شراب قرمز است.
سنسورهای اکسیژن با پوشش غشایی یک فناوری پیشرفته هستند. در آینده، شاهد افزایش استفاده از روشهای نوری مانند کوچینگ فلورسانس برای تعیین غلظت اکسیژن در برنامهها و سیستمها خواهیم بود. در اندرس هاوزر، حسگرهای نوری توسعه یافته و در کاربردهای فنی پیاده سازی شده اند. توسعه محصول تنها یک روی سکه است، اما توسعه تکنیک های تولید مرتبط نیز مهم است. بسیاری از مراحل تولید برای اطمینان از کیفیت بالا به صورت مداوم هستند. آزمایش همچنین بر روی یک مجموعه آزمایشی کاملاً خودکار انجام می شود: در Endress+Hauser حسگر ها برای نقطه زیرو، slope و پایداری آزمایش می شوند و نتایج ثبت می شوند. هدف اصلی اندرس هاوزر تضمین سطح بالایی از کیفیت محصول است.
انواع سنسور اکسیژن اندرس هاوزر
- سنسور اکسیژن Memosens COS81E
- سنسور اکسیژن Oxymax COS41
- سنسور اکسيژن Oxymax COS51E
- سنسور اکسیژن نوری Memosens COL37E
- سنسور اکسیژن Oxymax COS61
- سنسور اکسیژن Memosens COS22E
- سنسور اکسیژن نوری Memosens COL37E
- سنسور اکسیژن Memosens COS22E
- سنسور اکسیژن نوری Memosens COL37E
سخن پایانی
کم یا زیاد بودن مقدار اکسیژن توسط یک سنسور اکسیژن که به درستی کالیبره شده است اندازه گیری می شود. علاوه بر این، اندازهگیری نشان میدهد که چه مقدار اکسیژن استفاده میشود یا چه مقدار گاز دیگر برای رقیق کردن اکسیژن در یک محیط غنی از O2 مورد نیاز است. وجود گازهای مخرب و مواد سمی مانند سولفید هیدروژن (H2s) نیز می تواند باعث کاهش میزان اکسیژن در محیط شود. این گاز بی رنگ با بوی نامطبوع حتی در مقادیر بسیار کم نیز خطرناک است. وجود سنسورهای اکسیژن در گازسنج های چندگازه به سرعت تغییر گاز در محیط را اندازه گیری کرده و هشدار لازم را ارائه می دهد. اکثر سنسورهای اکسیژن این گاز را در محدوده 0 تا 25 درصد اندازه گیری می کنند. در همین حال، سنسورهای تخصصی اکسیژن می توانند تا 100٪ اکسیژن را اندازه گیری کنند.