كاشف الغاز

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
جهاز كشف غازات متعدد محمول للكشف عن غاز الميثان (CH4 ) ، وثاني أكسيد الكبريت (SO2 ) ، وثاني أكسيد النيتروجين (NO2 ) ، وثاني أكسيد الكربون (CO2 ) .

كاشف الغاز هو جهاز يكشف وجود الغازات في حيز معين، وغالبًا ما يكون جزءًا من نظام السلامة. يُطلق كاشف الغاز إنذارًا للمشغلين في منطقة التسرب، مما يتيح لهم فرصة المغادرة. يُعد هذا النوع من الأجهزة بالغ الأهمية نظرًا لوجود العديد من الغازات التي قد تُشكل خطرًا على الكائنات الحية، كالإنسان والحيوان.

تُستخدم أجهزة كشف الغازات للكشف عن الغازات القابلة للاشتعال والاحتراق والسامة ، بالإضافة إلى نقص الأكسجين . يُستخدم هذا النوع من الأجهزة على نطاق واسع في الصناعة، ويمكن العثور عليه في مواقع مثل منصات النفط لمراقبة عمليات التصنيع والتقنيات الناشئة مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية . كما يمكن استخدامه في مكافحة الحرائق .

يُعدّ الكشف عن تسرب الغاز عملية تحديد مواقع تسرب الغازات الخطرة المحتملة باستخدام أجهزة الاستشعار . كما يُمكن إجراء تحديد بصري باستخدام كاميرا حرارية. عادةً ما تُصدر هذه المستشعرات إنذارًا صوتيًا لتنبيه الأشخاص عند اكتشاف غاز خطير. قد يحدث التعرّض للغازات السامة أيضًا في عمليات مثل الطلاء، والتبخير، وتعبئة الوقود، والبناء، وحفر التربة الملوثة، وعمليات دفن النفايات، ودخول الأماكن المغلقة، وغيرها. تشمل المستشعرات الشائعة مستشعرات الغازات القابلة للاشتعال، وكاشفات التأين الضوئي، ومستشعرات الأشعة تحت الحمراء النقطية ، ومستشعرات الموجات فوق الصوتية ، ومستشعرات الغاز الكهروكيميائية ، ومستشعرات أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS). وقد شاع استخدام مستشعرات التصوير بالأشعة تحت الحمراء مؤخرًا. تُستخدم جميع هذه المستشعرات في نطاق واسع من التطبيقات، وتوجد في المصانع، ومصافي النفط، وتصنيع الأدوية، ومرافق التبخير، ومصانع لب الورق، ومرافق بناء الطائرات والسفن، وعمليات المواد الخطرة، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، والمركبات، واختبار جودة الهواء الداخلي، والمنازل.

تاريخ

أصبحت طرق الكشف عن تسرب الغاز مصدر قلق بعد اكتشاف آثار الغازات الضارة على صحة الإنسان. قبل ظهور أجهزة الاستشعار الإلكترونية الحديثة ، كانت طرق الكشف المبكر تعتمد على أجهزة كشف أقل دقة. خلال القرنين التاسع عشر والعشرين، كان عمال مناجم الفحم يصطحبون طيور الكناري معهم إلى الأنفاق كنظام إنذار مبكر ضد الغازات الخطيرة مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والميثان . يتوقف الكناري، وهو طائر مغرد عادةً، عن التغريد ويموت في النهاية إذا لم يُبعد عن هذه الغازات، مما يُنبه عمال المناجم للخروج من المنجم بسرعة.

كان أول جهاز للكشف عن الغازات في العصر الصناعي هو مصباح الأمان اللهبي (أو مصباح ديفي )، الذي اخترعه السير همفري ديفي (من إنجلترا) عام 1815 للكشف عن وجود غاز الميثان (غاز الميثان) في مناجم الفحم تحت الأرض. يتكون مصباح الأمان اللهبي من لهب زيتي يُضبط على ارتفاع محدد في الهواء الطلق. ولمنع اشتعاله، كان اللهب محصورًا داخل غلاف زجاجي مزود بشبكة مانعة للهب. ويتفاوت ارتفاع اللهب تبعًا لوجود الميثان (يرتفع) أو نقص الأكسجين (ينخفض). وحتى يومنا هذا، لا تزال مصابيح الأمان اللهبي تُستخدم في بعض أنحاء العالم.

بدأ العصر الحديث لكشف الغازات في الفترة ما بين عامي 1926 و1927 مع تطوير مستشعر الاحتراق التحفيزي (LEL) على يد الدكتور أوليفر جونسون. كان الدكتور جونسون موظفًا في شركة ستاندرد أويل في كاليفورنيا (شيفرون حاليًا)، وقد بدأ أبحاثه وتطويره لطريقة كشف المخاليط القابلة للاشتعال في الهواء للمساعدة في منع الانفجارات في خزانات تخزين الوقود. طُوّر نموذج تجريبي في عام 1926 وأُطلق عليه اسم النموذج A. وبدأ إنتاج أول مقياس عملي "للمؤشر الكهربائي للبخار" في عام 1927 مع إصدار النموذج B.

تأسست شركة جونسون-ويليامز إنسترومنتس (أو JW Instruments)، أول شركة في العالم متخصصة في أجهزة كشف الغازات، عام 1928 في بالو ألتو، كاليفورنيا، على يد الدكتور أوليفر جونسون وفيل ويليامز. وتُعرف JW Instruments بأنها أول شركة إلكترونيات في وادي السيليكون. وعلى مدى الأربعين عامًا التالية، حققت JW Instruments العديد من الإنجازات الرائدة في مجال كشف الغازات الحديث، بما في ذلك تصغير حجم الأجهزة وجعلها أكثر سهولة في الحمل، وتطوير جهاز محمول لكشف الأكسجين، بالإضافة إلى أول جهاز يجمع بين الكشف عن الغازات/الأبخرة القابلة للاشتعال والأكسجين.

قبل تطوير أجهزة الكشف الإلكترونية المنزلية عن أول أكسيد الكربون في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، كان يتم الكشف عن وجود أول أكسيد الكربون باستخدام ورقة مشبعة كيميائياً تتحول إلى اللون البني عند تعرضها للغاز. ومنذ ذلك الحين، تم تطوير العديد من التقنيات والأجهزة الإلكترونية للكشف عن تسرب مجموعة واسعة من الغازات ومراقبته والتنبيه إليه.

مع تحسن تكلفة وأداء أجهزة استشعار الغاز الإلكترونية، تم دمجها في نطاق أوسع من الأنظمة. كان استخدامها في السيارات مقتصراً في البداية على التحكم في انبعاثات المحرك ، ولكن يمكن الآن استخدامها أيضاً لضمان راحة وسلامة الركاب. ويجري تركيب أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون في المباني كجزء من أنظمة التهوية التي يتم التحكم فيها حسب الطلب . كما يجري البحث في أنظمة استشعار الغاز المتطورة لاستخدامها في أنظمة التشخيص والمراقبة والعلاج الطبي، متجاوزةً بذلك استخدامها الأولي في غرف العمليات . وتتوفر أجهزة مراقبة الغاز وأجهزة الإنذار لأول أكسيد الكربون والغازات الضارة الأخرى بشكل متزايد للاستخدام المكتبي والمنزلي، وأصبحت مطلوبة قانونياً في بعض المناطق.

في الأصل، صُممت أجهزة الكشف للكشف عن غاز واحد. أما الأجهزة الحديثة، فيمكنها الكشف عن عدة غازات سامة أو قابلة للاشتعال، أو حتى مزيج منها. [ 1 ] كما تستطيع أجهزة تحليل الغازات الحديثة تحليل الإشارات المكونة للرائحة المعقدة لتحديد عدة غازات في آن واحد. [ 2 ]

ظهرت مستشعرات أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS) في التسعينيات. وقد تم عرض أول مستشعر غاز MOS معروف بواسطة جي. سبرفيلييري، وجي. فاجليا، وإس. جروبيلي، وبي. نيلي، وإيه. كامانزي في عام 1990. ومنذ ذلك الحين، أصبحت مستشعرات MOS من أهم أجهزة الكشف عن الغازات البيئية. [ 3 ]

الأنواع

يمكن تصنيف أجهزة الكشف عن الغازات وفقًا لآلية عملها ( أشباه الموصلات ، الأكسدة، التحفيز، التأين الضوئي، الأشعة تحت الحمراء، إلخ). وتأتي أجهزة الكشف عن الغازات في شكلين رئيسيين: أجهزة محمولة وأجهزة ثابتة.

تُستخدم أجهزة الكشف المحمولة لمراقبة الغلاف الجوي المحيط بالأفراد، وهي إما محمولة باليد أو تُثبّت على الملابس أو على حزام. تعمل هذه الأجهزة عادةً بالبطاريات، وتُصدر تنبيهات عبر إشارات صوتية ومرئية، مثل أجهزة الإنذار والأضواء الوامضة، عند اكتشاف مستويات خطيرة من أبخرة الغاز.

يمكن استخدام أجهزة الكشف عن الغازات الثابتة للكشف عن نوع واحد أو أكثر من الغازات. تُركّب هذه الأجهزة عادةً بالقرب من منطقة العمليات في المصنع أو غرفة التحكم، أو في منطقة مُراد حمايتها، كغرفة نوم في منزل. تُثبّت أجهزة الاستشعار الصناعية عادةً على هياكل فولاذية ثابتة، ويربط كابلٌ هذه الأجهزة بنظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA) للمراقبة المستمرة. ويمكن تفعيل نظام التعشيق التلقائي في حالات الطوارئ.

الكهروكيميائية

تعمل أجهزة الكشف الكهروكيميائية عن الغازات عن طريق السماح للغازات بالانتشار عبر غشاء مسامي إلى قطب كهربائي، حيث تتأكسد أو تختزل كيميائيًا . وتُحدد كمية التيار الناتج بكمية الغاز المؤكسد عند القطب الكهربائي، [ 4 ] مما يدل على تركيز الغاز. ويمكن للمصنّعين تخصيص أجهزة الكشف الكهروكيميائية عن طريق تغيير الحاجز المسامي للسماح بالكشف عن نطاق تركيز غاز معين. ونظرًا لأن حاجز الانتشار حاجز فيزيائي/ميكانيكي، فإن هذه الأجهزة تميل إلى أن تكون أكثر استقرارًا وموثوقية على مدار عمر المستشعر، وبالتالي تتطلب صيانة أقل من تقنيات الكشف السابقة.

مع ذلك، فإن هذه الحساسات عرضة للتآكل أو التلوث الكيميائي، وقد لا تدوم إلا لمدة تتراوح بين سنة وسنتين قبل الحاجة إلى استبدالها. [ 5 ] تُستخدم أجهزة الكشف الكهروكيميائية عن الغاز في بيئات متنوعة، مثل مصافي النفط، وتوربينات الغاز، ومصانع الكيماويات، ومرافق تخزين الغاز تحت الأرض، وغيرها.

حبة محفزة

تُستخدم مستشعرات الخرزة التحفيزية ( البيليستور ) بشكل شائع لقياس الغازات القابلة للاشتعال التي تُشكل خطر انفجار عندما تتراوح تركيزاتها بين الحد الأدنى للانفجار (LEL) والحد الأعلى للانفجار (UEL). تُوضع خرزتان، إحداهما نشطة والأخرى مرجعية، تحتويان على ملفات من أسلاك البلاتين، على ذراعين متقابلين لدائرة جسر ويتستون، وتُسخّنان كهربائيًا حتى بضع مئات من الدرجات المئوية. تحتوي الخرزة النشطة على عامل حفاز يسمح بتأكسد المركبات القابلة للاشتعال، مما يؤدي إلى تسخين الخرزة بشكل أكبر وتغيير مقاومتها الكهربائية. يتناسب فرق الجهد الناتج بين الخرزتين النشطة والخاملة طرديًا مع تركيز جميع الغازات والأبخرة القابلة للاشتعال الموجودة. يدخل الغاز المراد قياسه إلى المستشعر عبر قرص معدني مُلبّد، والذي يُشكّل حاجزًا لمنع الانفجار عند نقل الجهاز إلى جو يحتوي على غازات قابلة للاشتعال. تقيس البيليستورات جميع الغازات القابلة للاشتعال تقريبًا، ولكنها أكثر حساسية للجزيئات الأصغر التي تنتشر عبر القرص المُلبّد بسرعة أكبر. تتراوح نطاقات التركيز القابلة للقياس عادةً من بضع مئات من أجزاء المليون إلى بضعة بالمئة حجمية. تتميز هذه المجسات بانخفاض تكلفتها ومتانتها، ولكنها تتطلب حدًا أدنى من الأكسجين في الغلاف الجوي بنسبة بضعة بالمئة لإجراء الاختبار، ويمكن أن تتأثر سلبًا أو تثبط بفعل مركبات مثل السيليكونات والأحماض المعدنية والمركبات العضوية المكلورة ومركبات الكبريت.

التأين الضوئي

تستخدم أجهزة الكشف عن التأين الضوئي (PIDs) مصباحًا فوق بنفسجيًا عالي الطاقة لتأيين المواد الكيميائية في الغاز المأخوذة منه العينة. إذا كانت طاقة تأين المركب أقل من طاقة فوتونات المصباح، فسيتم إطلاق إلكترون، ويكون التيار الناتج متناسبًا مع تركيز المركب. تشمل طاقات فوتونات المصباح الشائعة 10.0 إلكترون فولت ، و10.6 إلكترون فولت، و11.7 إلكترون فولت؛ يدوم المصباح القياسي ذو طاقة 10.6 إلكترون فولت لسنوات، بينما يدوم المصباح ذو طاقة 11.7 إلكترون فولت عادةً بضعة أشهر فقط، ويُستخدم فقط عند عدم توفر أي خيار آخر. يمكن الكشف عن مجموعة واسعة من المركبات بمستويات تتراوح من بضعة أجزاء في المليار (ppb) إلى عدة آلاف من الأجزاء في المليون (ppm). تشمل فئات المركبات القابلة للكشف، مرتبةً تنازليًا حسب الحساسية: المركبات العطرية ويوديدات الألكيل؛ والأوليفينات، ومركبات الكبريت، والأمينات، والكيتونات، والإيثرات، وبروميدات الألكيل، وإسترات السيليكات. الإسترات العضوية، والكحولات، والألدهيدات، والألكانات؛ وكبريتيد الهيدروجين، والأمونيا، والفوسفين، والأحماض العضوية. لا يوجد استجابة للمكونات القياسية للهواء أو للأحماض المعدنية. من أهم مزايا أجهزة الكشف الضوئي التأيني (PIDs) حساسيتها العالية وسهولة استخدامها؛ أما عيبها الرئيسي فهو عدم دقة القياسات بالنسبة لمركبات محددة. وقد طُرحت مؤخرًا أجهزة PIDs مزودة بأنابيب ترشيح مسبق، مما يُحسّن من دقة الكشف عن مركبات مثل البنزين والبيوتادين . تُستخدم أجهزة PIDs الثابتة، والمحمولة يدويًا، والصغيرة المثبتة على الملابس على نطاق واسع في مجال الصحة المهنية، والمواد الخطرة ، والرصد البيئي .

نقطة الأشعة تحت الحمراء

تستخدم أجهزة الاستشعار النقطية بالأشعة تحت الحمراء الإشعاع المار عبر حجم معروف من الغاز؛ حيث تُمتص الطاقة من شعاع المستشعر عند أطوال موجية محددة، تبعًا لخصائص الغاز. على سبيل المثال، يمتص أول أكسيد الكربون أطوال موجية تتراوح بين 4.2 و4.5 ميكرومتر. [ 6 ] تُقارن الطاقة في هذا الطول الموجي بطول موجي خارج نطاق الامتصاص؛ ويتناسب الفرق في الطاقة بين هذين الطولين الموجيين طرديًا مع تركيز الغاز الموجود. [ 6 ]

يتميز هذا النوع من الحساسات بميزة عدم الحاجة إلى وضعه داخل الغاز للكشف عنه، وإمكانية استخدامه في الاستشعار عن بُعد . تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء النقطية للكشف عن الهيدروكربونات [ 7 ] وغيرها من الغازات النشطة بالأشعة تحت الحمراء، مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون . وتُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء عادةً في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، ومصافي النفط، وتوربينات الغاز، والمصانع الكيميائية، وغيرها من المنشآت التي تحتوي على غازات قابلة للاشتعال، حيث يُحتمل حدوث انفجار. وتتيح إمكانية الاستشعار عن بُعد مراقبة مساحات واسعة.

تُعدّ انبعاثات المحرك مجالاً آخر تُجرى فيه أبحاث على أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء. يستطيع هذا المستشعر رصد المستويات العالية من أول أكسيد الكربون أو الغازات غير الطبيعية الأخرى في عادم المركبة، بل ويمكن دمجه مع الأنظمة الإلكترونية للمركبة لإخطار السائقين. [ 6 ]

التصوير بالأشعة تحت الحمراء

تتضمن مستشعرات التصوير بالأشعة تحت الحمراء أنظمة نشطة وأخرى سلبية. في الاستشعار النشط، تقوم مستشعرات التصوير بالأشعة تحت الحمراء عادةً بمسح مجال رؤية المشهد باستخدام شعاع ليزر، باحثةً عن الضوء المتناثر عند طول موجة خط امتصاص غاز مستهدف محدد. أما مستشعرات التصوير بالأشعة تحت الحمراء السلبية، فتقيس التغيرات الطيفية عند كل بكسل في الصورة، باحثةً عن بصمات طيفية محددة تشير إلى وجود الغازات المستهدفة. [ 8 ] تتشابه أنواع المركبات التي يمكن تصويرها مع تلك التي يمكن الكشف عنها باستخدام كاشفات الأشعة تحت الحمراء النقطية، ولكن قد تُسهم الصور في تحديد مصدر الغاز.

أشباه الموصلات

تكشف مستشعرات الغاز شبه الموصلة ، وأكثرها شيوعًا مستشعرات أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS)، [ 3 ] عن الغازات من خلال تفاعل كيميائي يحدث عند ملامسة الغاز لسطح عنصر الاستشعار، الذي يُسخّن عادةً إلى درجات حرارة تتراوح بين 200 و500 درجة مئوية. يُعد ثاني أكسيد القصدير المادة الأكثر شيوعًا في مستشعرات الغاز شبه الموصلة، [ 9 ] حيث تنخفض المقاومة الكهربائية في المستشعر عند ملامسته للغاز المراد رصده. ويمكن أن تنخفض مقاومة طبقة ثاني أكسيد القصدير، التي تتراوح عادةً بين 10 و500 كيلو أوم في الهواء، إلى جزء صغير من هذه القيمة في وجود غاز مُختزل. [ 10 ] يُستخدم هذا التغير في المقاومة (غالبًا مع إشارات مستشعرات أخرى، مثل قيم مستشعر الرطوبة، لتعويض الحساسية المتبادلة) لحساب تركيز الغاز. تُستخدم مستشعرات الغاز شبه الموصلة عادةً للكشف عن الهيدروجين وبخار الكحول والغازات الضارة مثل أول أكسيد الكربون. [ 11 ] من أكثر استخدامات مستشعرات الغاز شبه الموصلة شيوعًا مستشعرات أول أكسيد الكربون، كما تُستخدم أيضًا في أجهزة فحص الكحول في النفس . [ 10 ] ولأن المستشعر يجب أن يلامس الغاز للكشف عنه، فإن مستشعرات الغاز شبه الموصلة تعمل على مسافة أقصر من كاشفات الأشعة تحت الحمراء أو كاشفات الموجات فوق الصوتية.

تستطيع مستشعرات MOS الكشف عن غازات مختلفة، مثل أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت ، وكبريتيد الهيدروجين ، والأمونيا . ومنذ تسعينيات القرن الماضي، أصبحت مستشعرات MOS من أهم أجهزة الكشف عن الغازات البيئية. [ 3 ] ورغم تعدد استخداماتها، تعاني مستشعرات MOS من مشكلة الحساسية المتبادلة مع الرطوبة والغازات الأخرى. ويعزى سبب هذه الحساسية إلى تفاعل أيونات الهيدروكسيل مع سطح الأكسيد. [ 12 ] ويمكن الحد من هذه التداخلات باستخدام تحسينات خوارزمية وتشغيل دوري حراري. [ 13 ] [ 14 ]

الموجات فوق الصوتية

أجهزة كشف تسرب الغاز بالموجات فوق الصوتية ليست أجهزة كشف غاز بالمعنى الحرفي. فهي تكشف الانبعاثات الصوتية الناتجة عن تمدد الغاز المضغوط في منطقة ذات ضغط منخفض عبر فتحة صغيرة (موقع التسرب). وتستخدم هذه الأجهزة مستشعرات صوتية لرصد التغيرات في مستوى الضوضاء المحيطة. وبما أن معظم تسربات الغاز عالية الضغط تُصدر صوتًا في نطاق الموجات فوق الصوتية من 25  كيلوهرتز إلى 10  ميجاهرتز، فإن المستشعرات قادرة على تمييز هذه الترددات بسهولة عن الضوضاء الصوتية المحيطة التي تقع في النطاق المسموع من 20  هرتز إلى 20  كيلوهرتز. [ 15 ] ثم يُصدر جهاز كشف تسرب الغاز بالموجات فوق الصوتية إنذارًا عند حدوث انحراف في مستوى الموجات فوق الصوتية عن مستوى الضوضاء المحيطة الطبيعي. لا تستطيع هذه الأجهزة قياس تركيز الغاز، ولكنها قادرة على تحديد معدل تسرب الغاز لأن مستوى الصوت فوق الصوتي يعتمد على ضغط الغاز وحجم التسرب. [ 15 ]

تُستخدم أجهزة الكشف عن الغاز بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي للاستشعار عن بُعد في البيئات الخارجية حيث يمكن أن تُبدد الظروف الجوية الغاز المتسرب بسهولة قبل وصوله إلى أجهزة الكشف عن التسرب التي تتطلب ملامسة الغاز للكشف عنه وإطلاق الإنذار. وتوجد هذه الأجهزة عادةً في منصات النفط والغاز البحرية والبرية، ومحطات ضغط الغاز وقياسه، ومحطات توليد الطاقة بالتوربينات الغازية، وغيرها من المنشآت التي تضم شبكات أنابيب خارجية واسعة.

هولوغرافيك

تستخدم مستشعرات الغاز الهولوغرافية انعكاس الضوء للكشف عن التغيرات في مصفوفة غشاء بوليمري تحتوي على صورة ثلاثية الأبعاد. ولأن الصور الثلاثية الأبعاد تعكس الضوء بأطوال موجية محددة، فإن أي تغيير في تركيبها قد يُولّد انعكاسًا ملونًا يُشير إلى وجود جزيء غاز. [ 16 ] مع ذلك، تتطلب المستشعرات الهولوغرافية مصادر إضاءة مثل الضوء الأبيض أو الليزر ، بالإضافة إلى مُراقب أو كاشف CCD .

معايرة

يجب معايرة جميع أجهزة كشف الغاز وفقًا لجدول زمني محدد. ومن بين نوعي أجهزة كشف الغاز، تتطلب الأجهزة المحمولة معايرة أكثر تكرارًا نظرًا للتغيرات البيئية المستمرة التي تتعرض لها. قد يكون جدول المعايرة النموذجي للأنظمة الثابتة ربع سنويًا، أو نصف سنويًا، أو حتى سنويًا في الوحدات الأكثر متانة. أما جدول المعايرة النموذجي لأجهزة كشف الغاز المحمولة فهو عبارة عن اختبار معايرة يومي مصحوب بمعايرة شهرية. [ 17 ] تتطلب جميع أجهزة كشف الغاز المحمولة تقريبًا غاز معايرة محدد. في الولايات المتحدة، قد تضع إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) معايير دنيا لإعادة المعايرة الدورية.

اختبار التحدي (الصدمة)

نظرًا لأن كاشف الغاز يُستخدم لضمان سلامة الموظفين/العمال، فمن الضروري جدًا التأكد من تشغيله وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة. تنص المعايير الأسترالية على أنه يُنصح بشدة أي شخص يستخدم كاشف غاز بفحص أدائه يوميًا، وصيانته واستخدامه وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة وتحذيراتها. [ 18 ]

يجب أن يتضمن اختبار التحدي تعريض كاشف الغاز لتركيز معروف من الغاز للتأكد من استجابته وتفعيل الإنذارات الصوتية والمرئية. من المهم أيضًا فحص كاشف الغاز للتأكد من عدم وجود أي تلف عرضي أو متعمد، وذلك بالتحقق من سلامة الغلاف والبراغي لمنع تسرب أي سوائل، ونظافة الفلتر، حيث أن كل ذلك قد يؤثر على وظائف كاشف الغاز. تتكون مجموعة المعايرة أو اختبار التحدي الأساسية من غاز المعايرة /المنظم/غطاء المعايرة والخرطوم (يتم توفيرها عادةً مع كاشف الغاز) وحقيبة للتخزين والنقل. نظرًا لأن واحدًا من كل 2500 جهاز غير مختبر سيفشل في الاستجابة لتركيز خطير من الغاز، تستخدم العديد من الشركات الكبيرة محطة اختبار/معايرة آلية لإجراء اختبارات الكشف عن الغاز ومعايرة كواشف الغاز الخاصة بها يوميًا. [ 19 ]

تركيز الأكسجين

تُستخدم أجهزة مراقبة نقص الأكسجين لضمان سلامة الموظفين والعاملين. المواد المبردة ، مثل النيتروجين السائل (LN2) والهيليوم السائل (He) والأرجون السائل (Ar)، خاملة ويمكنها إزاحة الأكسجين (O2 ) في الأماكن المغلقة في حال حدوث تسرب. قد يؤدي الانخفاض السريع في مستوى الأكسجين إلى خلق بيئة خطرة للغاية على الموظفين، الذين قد لا يلاحظون هذه المشكلة إلا بعد فقدانهم الوعي فجأة. لذا، يُعدّ وجود جهاز مراقبة الأكسجين ضروريًا عند استخدام المواد المبردة. وتُعدّ المختبرات وغرف التصوير بالرنين المغناطيسي وشركات الأدوية وأشباه الموصلات وموردي المواد المبردة من أكثر الجهات استخدامًا لأجهزة مراقبة الأكسجين.

يُقاس جزء الأكسجين في غاز التنفس بواسطة مستشعرات الأكسجين الكهروكيميائية . ويمكن استخدامها بشكل مستقل، على سبيل المثال لتحديد نسبة الأكسجين في خليط النيتروكس المستخدم في الغوص ، [ 20 ] أو كجزء من حلقة تغذية راجعة تحافظ على ضغط جزئي ثابت للأكسجين في جهاز إعادة التنفس . [ 21 ]

الأمونيا

تُراقَب غازات الأمونيا باستمرار في عمليات التبريد الصناعية وعمليات التحلل البيولوجي، بما في ذلك هواء الزفير. وتُستخدم أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار (مثل كاشف التأين اللهبي ، وأشباه الموصلات، والكيميائية الكهربائية، والأغشية الضوئية [ 22 ] ) تبعًا للحساسية المطلوبة. تعمل أجهزة الكشف عادةً بالقرب من الحد الأدنى للتعرض وهو 25 جزءًا في المليون؛ [ 23 ] ومع ذلك، يتطلب الكشف عن الأمونيا لأغراض السلامة الصناعية مراقبة مستمرة فوق حد التعرض القاتل البالغ 0.1%. [ 22 ]

هيدروجين

يُعدّ الهيدروجين مادة شديدة الانفجار عندما يتجاوز تركيزه 4%، مما يجعله خطراً على السلامة. لذا، من الضروري مراقبة تركيزه باستمرار. ويُعدّ تطوير أجهزة استشعار غاز الهيدروجين عالية الحساسية والموثوقية أمراً بالغ الأهمية للكشف المبكر، مما يُمكّن من المراقبة الآنية وإطلاق الإنذارات قبل الوصول إلى التركيزات الخطيرة. وتلعب هذه الأجهزة دوراً حاسماً في ضمان الاستخدام الآمن للهيدروجين في مختلف التطبيقات، بدءاً من خلايا الوقود وصولاً إلى العمليات الصناعية.

تم اقتراح العديد من أجهزة الاستشعار المرشحة، بما في ذلك الأجهزة الكهربائية [ 24 ] [ 25 ] ، والأجهزة البصرية [ 26 ] [ 27 ] ، والأجهزة الصوتية [ 28 ] ...

يعتمد المبدأ الأساسي لأجهزة استشعار غاز الهيدروجين على دمج مادة محفزة تتغير خصائصها الفيزيائية عند تعرضها للهيدروجين. وتتجلى هذه التغيرات بأشكال مختلفة، مثل تغيرات في دالة شغل المادة أو تغيرات في رنين البلازمون السطحي . وتُستخدم مواد محفزة مثل البلاديوم والبلاتين بشكل شائع نظرًا لحساسيتها العالية للهيدروجين. فعندما تتفاعل جزيئات الهيدروجين مع هذه المعادن ، تتفكك وتُمتص، مما يُحدث تغيرات في الخصائص الكهربائية أو البصرية. ثم تُكتشف هذه التغيرات وتُترجم إلى إشارة قابلة للقياس، مما يسمح بمراقبة تركيزات الهيدروجين بدقة في الوقت الفعلي. [ 29 ]

المواد القابلة للاشتعال

آخر

السلامة المنزلية

تتوفر عدة أنواع من أجهزة الاستشعار التي يمكن تركيبها للكشف عن الغازات الخطرة في المنازل. يُعدّ أول أكسيد الكربون غازًا شديد الخطورة، ولكنه عديم الرائحة واللون، مما يصعب على الإنسان اكتشافه. تتراوح أسعار أجهزة الكشف عن أول أكسيد الكربون بين 20 و60 دولارًا أمريكيًا. وتُلزم العديد من السلطات المحلية في الولايات المتحدة الأمريكية حاليًا بتركيب أجهزة الكشف عن أول أكسيد الكربون، بالإضافة إلى أجهزة كشف الدخان، في المنازل.

يمكن استخدام أجهزة الكشف المحمولة عن الغازات القابلة للاشتعال لتحديد مواقع التسربات من خطوط الغاز الطبيعي، أو خزانات البروبان، أو خزانات البيوتان، أو أي غاز قابل للاشتعال آخر. ويمكن شراء هذه الأجهزة بأسعار تتراوح بين 35 و100 دولار أمريكي.

بحث

دعمت المفوضية الأوروبية مشروعًا بحثيًا يُعرف باسم مشروع MINIGAS، والذي تولى تنسيقه مركز VTT للأبحاث التقنية في فنلندا. [ 30 ] يهدف هذا المشروع البحثي إلى تطوير أنواع جديدة من أجهزة استشعار الغازات القائمة على الفوتونات، ودعم ابتكار أجهزة أصغر حجمًا تتميز بسرعة وحساسية مماثلة أو أعلى من أجهزة الكشف التقليدية عن الغازات المستخدمة في المختبرات. [ 30 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "كيف تعمل أجهزة كشف الغاز" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2020-04-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-03-16 .
  2. ↑ والي، روسين (2012). "أنف إلكتروني لتمييز الأزهار العطرية باستخدام قياس الرنين الكهروإجهادي الغني بالمعلومات في الوقت الحقيقي" . بروسيديا كيمستري . 6 : 194-202 . doi : 10.1016/j.proche.2012.10.146 .
  3. 1 2 3 صن، جيانهاي؛ جينغ، تشاوكسين؛ شيويه، نينغ؛ ليو، تشونشيو؛ ما، تيانجون (17 أغسطس 2018). " نظام مصغر متكامل مع مستشعر أشباه موصلات أكسيد المعادن وعمود كروماتوغرافي غازي دقيق التعبئة" . الآلات الدقيقة . 9 (8): 408. doi : 10.3390/mi9080408 . ISSN 2072-666X . PMC 6187308. PMID 30424341 .   
  4. ↑ ديتكون، http://www.detcon.com/electrochemical01.htm مؤرشف بتاريخ 5 مايو 2009 في أرشيف الإنترنت
  5. ↑ براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 4141800: كاشف الغاز الكهروكيميائي وطريقة استخدامه، http://www.freepatentsonline.com/4141800.html
  6. 1 2 3 مودا، ر.، 2009
  7. ↑ الجمعية الدولية للأتمتة، http://www.isa.org/Template.cfm?Section=Communities&template=/TaggedPage/DetailDisplay.cfm&ContentID=23377 ، مؤرشف بتاريخ 12 ديسمبر 2013 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  8. ↑ نارانجو، إدوارد (2010). دينويدي، رالف ب؛ صفائي، مرتضى (محرران). "التصوير بالأشعة تحت الحمراء للغازات في بيئة صناعية". ثيرموسنس 32. 7661 : 76610K. Bibcode : 2010SPIE.7661E..0KN . doi : 10.1117/12.850137 . S2CID 119488975 . 
  9. ↑ مستشعر فيجارو، http://www.figarosensor.com/products/general.pdf
  10. 1 2 فيتز، إي.، 1995
  11. ↑ جنرال مونيتورز، http://www.generalmonitors.com/downloads/literature/combustible/IR2100_DATA.PDF ، مؤرشف بتاريخ 16 ديسمبر 2013 على موقع Wayback Machine
  12. ↑ غوش، سوجوي؛ إيلانغو، موروغايا؛ براجاباتي، تشاندرا؛ بهات، نافاكانتا (7 يناير 2021). "الحد من تأثير الرطوبة في مستشعر ثاني أكسيد النيتروجين القائم على طبقة رقيقة من أكسيد التنغستن باستخدام التحسين الفيزيائي والكيميائي". مجلة أبحاث وتكنولوجيا البلورات . 56 (1) 2000155. رمز Bibcode : 2021CryRT..5600155G . doi : 10.1002/crat.202000155 . ISSN 1521-4079 . S2CID 229393321 .  
  13. ^ غوش، سوجوي. غوش، أنوجاي. كودافالي، نيفيد؛ براجاباتي، شاندرا شيخار؛ بهات ، نافاكانتا (13 يناير 2020). نموذج تصحيح أساسي لتعويض الرطوبة ودرجة الحرارة باستخدام مستشعر فيلم WO3 للكشف عن ثاني أكسيد النيتروجين . 2019 أجهزة استشعار IEEE. مونتريال، كندا: IEEE. دوى : 10.1109/أجهزة الاستشعار43011.2019.8956920 . ردمك 2168-9229 . 
  14. ↑ شوتزه، أندرياس؛ باور، توبياس؛ ليدينجر، مارتن؛ رايمرينجر، وولفهارد؛ يونغ، رالف؛ كونراد، ثورستن؛ ساويروالد، تيلمان (مارس 2017). "أنظمة استشعار المركبات العضوية المتطايرة عالية الحساسية والانتقائية القائمة على مستشعرات الغاز شبه الموصلة: كيف؟" . مجلة البيئات . 4 (1): 20. رمز Bibcode : 2017Envi....4...20S . doi : 10.3390/environments4010020 . ISSN 2076-3298 . 
  15. 1 2 نارانخو، إي.، http://www.gmigasandflame.com/article_october2007.html مؤرشف بتاريخ 4 أبريل 2018 في أرشيف الإنترنت
  16. ↑ مارتينيز-هورتادو، جيه إل؛ ديفيدسون، سي إيه؛ بليث، جيه؛ لوي، سي آر (2010). "الكشف الهولوغرافي عن غازات الهيدروكربون ومركبات عضوية متطايرة أخرى". لانغمير . 26 (19): 15694-9 . doi : 10.1021/la102693m . PMID 20836549 . 
  17. ↑ مور، جيمس (14 أكتوبر 2010). "المعايرة: من يحتاجها؟" . مجلة الصحة والسلامة المهنية. مؤرشف من الأصل في 2 ديسمبر 2011.
  18. ↑ كولهون، جاكي. "من المسؤول عن اختبار جهاز كشف الغاز الخاص بك؟" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-02-2014.
  19. ↑ "اختبار التصادم ينقذ الأرواح" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12-03-2014 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12-03-2014 .
  20. ↑ لانغ، م.أ. (2001). وقائع ورشة عمل شبكة تنبيه الغواصين حول النيتروكس . دورهام، كارولاينا الشمالية: شبكة تنبيه الغواصين. ص 197. مؤرشف من الأصل في 24 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه في 20 مارس 2009 . 
  21. ↑ غوبل، ستيف (2003). "أجهزة إعادة التنفس" . مجلة جمعية طب الغوص في جنوب المحيط الهادئ . 33 (2): 98-102 . مؤرشف من الأصل في 8 أغسطس 2009. تم الاطلاع عليه في 20 مارس 2009 .
  22. ١ ٢ ج. ل. مارتينيز هورتادو وسي آر لوي (٢٠١٤)، هياكل ضوئية حساسة للأمونيا مصنعة في أغشية نافيون بواسطة الاستئصال بالليزر، مجلة ACS للمواد والتطبيقات ٦ (١١)، ٨٩٠٣-٨٩٠٨. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am5016588
  23. ↑ (إدارة السلامة والصحة المهنية) المصدر: الخصائص الخطرة للمواد الصناعية (الطبعة السادسة) بقلم ن. إيرفينغ ساكس
  24. ↑ هو، كيتاو؛ سولومون، بول؛ أوسترلوند، لارس؛ تشانغ، تشن (19 يونيو 2024). "استشعار الغاز باستخدام الترانزستورات النانوية بحساسية قياسية عالية بفضل تأثير احتجاز الإلكترونات في الجسيمات النانوية" . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 15 (1): 5259. Bibcode : 2024NatCo..15.5259H . doi : 10.1038/ s41467-024-49658-3 . ISSN 2041-1723 . PMC 11187184. PMID 38898091 .   
  25. ^ شيمتوف، عيدان؛ موخيرجي، أنويشا؛ مصافي، زوي؛ بيكاي، يفغيني؛ جرينتال، دورون؛ رويزين، ياكوف؛ مازور، ياردن؛ روزنواكس ، يوسي (28/05/2024). "تأثير الهوائي في مساحة كبيرة من أسلاك السيليكون النانوية المطلية بالبلاديوم والمُشكَّلة كهربائيًا لاستشعار الهيدروجين على مستوى Ppb" . المواد الإلكترونية التطبيقية ACS . 6 (5): 3610–3616 . بيب كود : 2024AAEM....6.3610S . دوى : 10.1021/acsaelm.4c00324 . ردمك 2637-6113 . 
  26. ↑ دارمادي، إيوان؛ خير النساء، سارة زلفة؛ توميتشيك، ديفيد؛ لانغهامر، كريستوف (24-09-2021). "تحسين تركيب جسيمات نانوية من سبيكة PdAuCu الثلاثية لاستشعار الهيدروجين البلازموني" . مجلة ACS للمواد النانوية التطبيقية . 4 (9): 8716-8722 . Bibcode : 2021ACSAN...4.8716D . doi : 10.1021/acsanm.1c01242 . ISSN 2574-0970 . 
  27. ↑ نوغروهو، فيري أ.أ.؛ دارمادي، إيوان؛ كوسيناتو، لوسي؛ سوساري-آرس، أرتورو؛ شرودرز، هيرمان؛ باننبرغ، لارس ج.؛ دا سيلفا فانتا، أليس باستوس؛ كادخودازاده، شيما؛ فاغنر، جاكوب ب.؛ أنتوسيفيتش، توماش ج.؛ هيلمان، أندرس؛ جدانوف، فلاديمير ب.؛ دام، برنارد؛ لانغهامر، كريستوف (مايو 2019). "مواد نانوية هجينة من المعدن والبوليمر للكشف البلازموني فائق السرعة عن الهيدروجين" . مجلة نيتشر ماتيريالز . 18 (5): 489-495 . Bibcode : 2019NatMa..18..489N . doi : 10.1038/s41563-019-0325-4 . ISSN 1476-1122 . PMID 30936481 .  
  28. ↑ جين، جينغ؛ تسوي، بايل؛ تشو، لينيو؛ تشنغ، لينا؛ شيويه، شيوفنغ؛ هو، أنيو؛ ليانغ، يونغ؛ وانغ، وين (24-05-2024). "تأثير حالة أكسدة البلاديوم في الأغشية الرقيقة من البلاديوم والنيكل على أداء استشعار الهيدروجين بالموجات الصوتية السطحية" . مجلة ACS Sensors . 9 (5): 2395–2401 . Bibcode : 2024ACSSe...9.2395J . doi : 10.1021/acssensors.4c00007 . ISSN 2379-3694 . PMID 38722860 .  
  29. ↑ دارمادي، إيوان؛ نوغروهو، فيري أنغورو أردي؛ لانغهامر، كريستوف (12 نوفمبر 2020). "مستشعرات الهيدروجين النانوية عالية الأداء القائمة على البلاديوم - القيود الحالية واستراتيجيات التخفيف منها" . مجلة ACS Sensors . 5 (11): 3306-3327 . Bibcode : 2020ACSSe...5.3306D . doi : 10.1021/acssensors.0c02019 . ISSN 2379-3694 . PMC 7735785. PMID 33181012 .   
  30. 1 2 ماثيو بيتش، Optics.org. " مشروع MINIGAS القائم على الفوتونيات يُنتج كاشفات غاز أفضل ." 29 يناير 2013. تم الاطلاع عليه في 15 فبراير 2013.
  • بروير، دبليو، وبيكر، دبليو، وديبريز، جيه، ودروب، إي، وشماوخ، إتش. (1979) براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 4141800: كاشف غاز كهروكيميائي وطريقة استخدامه. تم استرجاعها في 27 فبراير 2010 من الرابط: http://www.freepatentsonline.com/4141800.html
  • مودا، ر. (2009). "محاكاة وقياس انبعاثات ثاني أكسيد الكربون باستخدام مستشعر نقطي يعمل بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة قائم على الألياف البصرية". مجلة البصريات أ: البصريات البحتة والتطبيقية . 11 (1) 054013. رمز Bibcode : 2009JOptA..11e4013M . doi : 10.1088/1464-4258/11/5/054013 .
  • فيجارو سينسور. (2003). معلومات عامة عن مستشعرات TGS. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 فبراير 2010، من الرابط التالي : http://www.figarosensor.com/products/general.pdf
  • فيتز، إي (1995). "أجهزة استشعار الغاز شبه الموصلة ككاشفات GC و"أجهزة تحليل التنفس"". مجلة التعليم الكيميائي . 72 (10): 920. doi : 10.1021/ed072p920 .