• zaglavlje_stranice_Bg

Višestruke primjene, od industrijske sigurnosti do upravljanja zdravljem

S brzim razvojem tehnologija poput Interneta stvari i umjetne inteligencije, senzori plina, važni senzorski uređaji poznati kao "električnih pet čula", prihvataju neviđene razvojne mogućnosti. Od početnog praćenja industrijskih toksičnih i štetnih plinova do njihove široke primjene u medicinskoj dijagnostici, pametnim domovima, praćenju okoliša i drugim područjima danas, tehnologija senzora plina prolazi kroz duboku transformaciju od jedne funkcije do inteligencije, minijaturizacije i višedimenzionalnosti. Ovaj članak će sveobuhvatno analizirati tehničke karakteristike, najnoviji napredak u istraživanju i globalni status primjene senzora plina, s posebnim osvrtom na trendove razvoja u području praćenja plina u zemljama poput Kine i Sjedinjenih Američkih Država.

 

Tehničke karakteristike i trendovi razvoja plinskih senzora

Kao pretvarač koji pretvara zapreminski udio određenog plina u odgovarajući električni signal, plinski senzor postao je nezamjenjiva i važna komponenta u modernoj tehnologiji senzora. Ova vrsta opreme obrađuje uzorke plina putem detekcijskih glava, obično uključujući korake kao što su filtriranje nečistoća i ometajućih plinova, sušenje ili rashladni tretman, te konačno pretvaranje informacija o koncentraciji plina u mjerljive električne signale. Trenutno na tržištu postoje različite vrste plinskih senzora, uključujući poluprovodničke, elektrokemijske, katalitičke, infracrvene plinske senzore i fotoionizacijske (PID) plinske senzore itd. Svaki od njih ima svoje karakteristike i široko se koristi u civilnim, industrijskim i ekološkim ispitivanjima.

 

Stabilnost i osjetljivost su dva osnovna pokazatelja za procjenu performansi plinskih senzora. Stabilnost se odnosi na postojanost osnovnog odziva senzora tokom cijelog njegovog radnog vremena, što zavisi od pomaka nule i intervalnog pomaka. Idealno, za visokokvalitetne senzore u kontinuiranim radnim uslovima, godišnji pomak nule trebao bi biti manji od 10%. Osjetljivost se odnosi na odnos promjene izlaza senzora i promjene izmjerenog ulaza. Osjetljivost različitih tipova senzora značajno varira, uglavnom ovisno o tehničkim principima i odabiru materijala koje usvajaju. Pored toga, selektivnost (tj. unakrsna osjetljivost) i otpornost na koroziju također su važni parametri za procjenu performansi plinskih senzora. Prvi određuje sposobnost prepoznavanja senzora u okruženju miješanih plinova, dok je drugi povezan s tolerancijom senzora u ciljanim plinovima visoke koncentracije.

https://www.alibaba.com/product-detail/High-Precision-Lorawan-Collector-Air-O2_1601246134124.html?spm=a2747.product_manager.0.0.391671d2vmX2i3

Trenutni razvoj tehnologije senzora za gas pokazuje nekoliko očiglednih trendova. Prije svega, istraživanje i razvoj novih materijala i novih procesa su se nastavili produbljivati. Tradicionalni metal-oksid-poluprovodnički materijali kao što su ZnO, SiO₂, Fe₂O₃ itd. su postali zreli. Istraživači dopiraju, modificiraju i površinski modificiraju postojeće materijale osjetljive na gas metodama hemijske modifikacije, istovremeno poboljšavajući proces formiranja filma kako bi povećali stabilnost i selektivnost senzora. U međuvremenu, aktivno se unapređuje i razvoj novih materijala kao što su kompozitni i hibridni poluprovodnički materijali osjetljivi na gas i polimerni materijali osjetljivi na gas. Ovi materijali pokazuju veću osjetljivost, selektivnost i stabilnost na različite gasove.

 

Inteligencija senzora je još jedan važan smjer razvoja. Uspješnom primjenom novih materijalnih tehnologija poput nanotehnologije i tehnologije tankih filmova, plinski senzori postaju sve integriraniji i inteligentniji. Potpunim korištenjem multidisciplinarnih integriranih tehnologija poput mikromehaničke i mikroelektronske tehnologije, računarske tehnologije, tehnologije obrade signala, senzorske tehnologije i tehnologije dijagnostike grešaka, istraživači razvijaju potpuno automatske digitalne inteligentne plinske senzore sposobne za istovremeno praćenje više plinova. Multivarijabilni senzor tipa hemijske otpornosti i potencijala, koji je nedavno razvila istraživačka grupa vanrednog profesora Yi Jianxina iz Državne ključne laboratorije za nauku o požarima na Univerzitetu nauke i tehnologije Kine, tipičan je predstavnik ovog trenda. Ovaj senzor ostvaruje trodimenzionalnu detekciju i tačnu identifikaciju više plinova i karakteristika požara pomoću jednog uređaja 59.

 

Optimizacija nizova i algoritama također privlače sve veću pažnju. Zbog problema širokog spektra odziva jednog plinskog senzora, on je sklon interferenciji kada više plinova postoji istovremeno. Korištenje više plinskih senzora za formiranje niza postalo je učinkovito rješenje za poboljšanje sposobnosti prepoznavanja. Povećanjem dimenzija detektiranog plina, niz senzora može dobiti više signala, što pogoduje procjeni više parametara i poboljšanju sposobnosti procjene i prepoznavanja. Međutim, kako se broj senzora u nizu povećava, raste i složenost obrade podataka. Stoga je optimizacija niza senzora posebno važna. U optimizaciji niza, metode poput koeficijenta korelacije i klaster analize su široko prihvaćene, dok su algoritmi za prepoznavanje plina poput analize glavnih komponenti (PCA) i umjetne neuronske mreže (ANN) značajno poboljšali sposobnost senzora za prepoznavanje uzoraka.

 

Tabela: Poređenje performansi glavnih tipova senzora gasa

 

Tip senzora, princip rada, prednosti i mane, tipičan vijek trajanja

Adsorpcija gasa poluprovodničkog tipa ima niske troškove u promjeni otpora poluprovodnika, brz odziv, slabu selektivnost i na nju uveliko utiču temperatura i vlažnost tokom 2-3 godine.

Elektrohemijski gas prolazi kroz REDOX reakcije da bi generisao struju, koja ima dobru selektivnost i visoku osjetljivost. Međutim, elektrolit ima ograničeno habanje i vijek trajanja od 1-2 godine (za tečni elektrolit).

Katalitičko sagorijevanje zapaljivog plina uzrokuje promjene temperature. Posebno je dizajnirano za detekciju zapaljivog plina i primjenjivo je samo na zapaljivi plin otprilike tri godine.

Infracrveni gasovi imaju visoku tačnost u apsorpciji infracrvene svjetlosti specifičnih talasnih dužina, ne izazivaju trovanje, ali imaju visoku cijenu i relativno veliku zapreminu tokom 5 do 10 godina.

Fotoionizacijska (PID) ultraljubičasta fotoionizacija za detekciju molekula plina VOC-a ima visoku osjetljivost i ne može razlikovati vrste spojeva 3 do 5 godina.

Vrijedi napomenuti da, iako je tehnologija senzora za gas ostvarila značajan napredak, i dalje se suočava s nekim uobičajenim izazovima. Vijek trajanja senzora ograničava njihovu primjenu u određenim oblastima. Na primjer, vijek trajanja poluprovodničkih senzora je otprilike 2 do 3 godine, elektrohemijskih senzora za gas je oko 1 do 2 godine zbog gubitka elektrolita, dok vijek trajanja elektrohemijskih senzora s čvrstim elektrolitom može doseći 5 godina. Pored toga, problemi s driftom (promjene u odzivu senzora tokom vremena) i problemi s konzistentnošću (razlike u performansama među senzorima u istoj seriji) također su važni faktori koji ograničavaju široku primjenu senzora za gas. Kao odgovor na ove probleme, istraživači su, s jedne strane, posvećeni poboljšanju materijala i proizvodnih procesa osjetljivih na gas, a s druge strane, kompenziraju ili potiskuju utjecaj drifta senzora na rezultate mjerenja razvojem naprednih algoritama za obradu podataka.

Raznovrsni scenariji primjene plinskih senzora

Tehnologija senzora za gas prožima svaki aspekt društvenog života. Njeni scenariji primjene odavno su prevazišli tradicionalni opseg praćenja industrijske sigurnosti i brzo se šire na više oblasti kao što su medicinsko zdravlje, praćenje okoliša, pametni domovi i sigurnost hrane. Ovaj trend raznolikih primjena ne samo da odražava mogućnosti koje donosi tehnološki napredak, već i utjelovljuje rastuću društvenu potražnju za detekcijom gasa.

Industrijska sigurnost i monitoring opasnih plinova

U oblasti industrijske sigurnosti, senzori za gas igraju nezamjenjivu ulogu, posebno u industrijama visokog rizika kao što su hemijski inženjering, nafta i rudarstvo. Kineski "14. petogodišnji plan za sigurnu proizvodnju opasnih hemikalija" jasno zahtijeva od hemijskih industrijskih parkova da uspostave sveobuhvatan sistem praćenja i ranog upozoravanja na otrovne i štetne gasove i da promovišu izgradnju inteligentnih platformi za kontrolu rizika. "Akcioni plan za industrijski internet plus sigurnost na radu" također podstiče parkove da implementiraju senzore Interneta stvari i platforme za analizu umjetne inteligencije kako bi se postiglo praćenje u realnom vremenu i koordiniran odgovor na rizike poput curenja gasa. Ove političke orijentacije su uveliko promovisale primjenu senzora za gas u oblasti industrijske sigurnosti.

Moderni sistemi za praćenje industrijskih gasova razvili su niz tehničkih ruta. Tehnologija snimanja oblaka gasa vizualizuje curenje gasa vizuelnim predstavljanjem gasnih masa kao promjena nivoa sive boje piksela na slici. Njena sposobnost detekcije povezana je sa faktorima kao što su koncentracija i zapremina procurelog gasa, razlika u temperaturi pozadine i udaljenost praćenja. Tehnologija infracrvene spektroskopije sa Fourierovom transformacijom može kvalitativno i polukvantitativno pratiti preko 500 vrsta gasova, uključujući neorganske, organske, toksične i štetne, te može istovremeno skenirati 30 vrsta gasova. Pogodna je za složene zahtjeve praćenja gasa u hemijskim industrijskim parkovima. Ove napredne tehnologije, u kombinaciji sa tradicionalnim senzorima gasa, formiraju višeslojnu mrežu za praćenje sigurnosti industrijskih gasova.

Na specifičnom nivou implementacije, sistemi za praćenje industrijskih gasova moraju biti u skladu sa nizom nacionalnih i međunarodnih standarda. Kineski „Standard dizajna za detekciju i alarmiranje zapaljivih i toksičnih gasova u petrohemijskoj industriji“ GB 50493-2019 i „Opšta tehnička specifikacija za sigurnosni monitoring glavnih izvora opasnosti od opasnih hemikalija“ AQ 3035-2010 pružaju tehničke specifikacije za praćenje industrijskih gasova 26. Na međunarodnom nivou, OSHA (Uprava za sigurnost i zdravlje na radu Sjedinjenih Američkih Država) razvila je niz standarda za detekciju gasova, koji zahtijevaju detekciju gasa prije operacija u zatvorenom prostoru i osiguravaju da je koncentracija štetnih gasova u vazduhu ispod sigurnog nivoa 610. Standardi NFPA (Nacionalnog udruženja za zaštitu od požara Sjedinjenih Američkih Država), kao što su NFPA 72 i NFPA 54, postavljaju specifične zahtjeve za detekciju zapaljivih gasova i toksičnih gasova 610.

Medicinsko zdravlje i dijagnoza bolesti

Medicinsko i zdravstveno područje postaje jedno od najperspektivnijih tržišta primjene senzora plina. Izdahnuti plin ljudskog tijela sadrži veliki broj biomarkera povezanih sa zdravstvenim stanjima. Detekcijama ovih biomarkera može se postići rani skrining i kontinuirano praćenje bolesti. Ručni uređaj za detekciju acetona u disanju, koji je razvio tim dr. Wang Dija iz Istraživačkog centra za super percepciju laboratorije Zhejiang, tipičan je predstavnik ove primjene. Ovaj uređaj koristi kolorimetrijsku tehnologiju za mjerenje sadržaja acetona u ljudskom izdahnutom dahu detekcijom promjene boje materijala osjetljivih na plin, čime se postiže brzo i bezbolno otkrivanje dijabetesa tipa 1.

 

Kada je nivo inzulina u ljudskom tijelu nizak, ono nije u stanju pretvoriti glukozu u energiju, već umjesto toga razgrađuje masti. Kao jedan od nusprodukata nakon razgradnje masti, aceton se izlučuje iz tijela putem disanja. Dr. Wang Di je objasnio 1. U poređenju s tradicionalnim testovima krvi, ova metoda testa daha nudi bolje dijagnostičko i terapijsko iskustvo. Štaviše, tim razvija senzor acetona s "dnevnim oslobađanjem". Ovaj jeftini nosivi uređaj može automatski mjeriti plin aceton koji se emitira iz kože 24 sata dnevno. U budućnosti, u kombinaciji s tehnologijom umjetne inteligencije, može pomoći u dijagnozi, praćenju i vođenju lijekova kod dijabetesa.

Osim dijabetesa, plinski senzori pokazuju veliki potencijal i u liječenju kroničnih bolesti i praćenju respiratornih bolesti. Kriva koncentracije ugljičnog dioksida važna je osnova za procjenu statusa plućne ventilacije pacijenata, dok krive koncentracije određenih plinskih markera odražavaju trend razvoja kroničnih bolesti. Tradicionalno, tumačenje ovih podataka zahtijevalo je sudjelovanje medicinskog osoblja. Međutim, s osnaživanjem tehnologije umjetne inteligencije, inteligentni plinski senzori ne samo da mogu detektirati plinove i crtati krive, već i odrediti stepen razvoja bolesti, značajno smanjujući pritisak na medicinsko osoblje.

U oblasti nosivih zdravstvenih uređaja, primjena senzora za plin je još uvijek u ranoj fazi, ali izgledi su široki. Istraživači iz kompanije Zhuhai Gree Electric Appliances istakli su da, iako se kućanski aparati razlikuju od medicinskih uređaja s funkcijama dijagnosticiranja bolesti, u oblasti svakodnevnog praćenja zdravlja doma, nizovi senzora za plin imaju prednosti poput niske cijene, neinvazivnosti i minijaturizacije, zbog čega se očekuje da će se sve više pojavljivati u kućanskim aparatima poput aparata za oralnu njegu i pametnih toaleta kao pomoćna rješenja za praćenje i praćenje u stvarnom vremenu. S rastućom potražnjom za zdravljem doma, praćenje stanja ljudskog zdravlja putem kućanskih aparata postat će važan smjer za razvoj pametnih domova.

 

Praćenje okoliša i sprječavanje i kontrola zagađenja

Praćenje okoliša je jedno od područja u kojima se plinski senzori najčešće primjenjuju. Kako globalni naglasak na zaštiti okoliša nastavlja rasti, potražnja za praćenjem različitih zagađivača u atmosferi također raste iz dana u dan. Plinski senzori mogu detektovati štetne plinove poput ugljičnog monoksida, sumpor-dioksida i ozona, pružajući efikasan alat za praćenje kvalitete zraka u okolišu.

Elektrohemijski senzor gasa UGT-E4 kompanije British Gas Shield je reprezentativan proizvod u oblasti monitoringa životne sredine. Može precizno mjeriti sadržaj zagađivača u atmosferi i pružiti pravovremenu i tačnu podršku podacima za odjele za zaštitu životne sredine. Ovaj senzor, kroz integraciju sa modernom informacionom tehnologijom, postigao je funkcije kao što su daljinsko praćenje, otpremanje podataka i inteligentni alarm, značajno poboljšavajući efikasnost i praktičnost detekcije gasa. Korisnici mogu pratiti promjene u koncentraciji gasa bilo kada i bilo gdje jednostavno putem svojih mobilnih telefona ili računara, pružajući naučnu osnovu za upravljanje životnom sredinom i donošenje politika.

 

U smislu praćenja kvalitete zraka u zatvorenom prostoru, senzori plina također igraju važnu ulogu. Standard EN 45544, koji je izdao Evropski komitet za standardizaciju (EN), posebno se odnosi na ispitivanje kvalitete zraka u zatvorenom prostoru i pokriva zahtjeve za ispitivanje različitih štetnih plinova 610. Uobičajeni senzori ugljičnog dioksida, senzori formaldehida itd. na tržištu se široko koriste u stambenim objektima, poslovnim zgradama i javnim zabavnim prostorima, pomažući ljudima da stvore zdravije i ugodnije okruženje u zatvorenom prostoru. Posebno tokom pandemije COVID-19, ventilacija u zatvorenom prostoru i kvalitet zraka dobili su neviđenu pažnju, što je dodatno promoviralo razvoj i primjenu srodnih senzorskih tehnologija.

 

Praćenje emisije ugljika je novi smjer primjene senzora plina. U kontekstu globalne neutralnosti ugljika, precizno praćenje stakleničkih plinova poput ugljičnog dioksida postalo je posebno važno. Infracrveni senzori ugljičnog dioksida imaju jedinstvene prednosti u ovom području zbog svoje visoke preciznosti, dobre selektivnosti i dugog vijeka trajanja. "Smjernice za izgradnju inteligentnih platformi za kontrolu sigurnosnih rizika u hemijskim industrijskim parkovima" u Kini navode praćenje zapaljivih/toksičnih plinova i analizu praćenja izvora curenja kao obavezni sadržaj gradnje, što odražava naglasak na nivou politike na ulogu praćenja plina u području zaštite okoliša.

 

Pametni dom i sigurnost hrane

Pametni dom je najperspektivnije tržište za primjenu senzora plina u potrošačima. Trenutno se senzori plina uglavnom primjenjuju u kućanskim aparatima kao što su pročišćivači zraka i klima-uređaji. Međutim, uvođenjem nizova senzora i inteligentnih algoritama, njihov potencijal primjene u scenarijima kao što su konzerviranje, kuhanje i praćenje zdravlja postepeno se iskorištava.

Što se tiče očuvanja hrane, senzori plina mogu pratiti neugodne mirise koje hrana oslobađa tokom skladištenja kako bi se utvrdila svježina hrane. Nedavni rezultati istraživanja pokazuju da su postignuti dobri efekti, bez obzira da li se koristi jedan senzor za praćenje koncentracije mirisa ili niz senzora plina u kombinaciji s metodama prepoznavanja uzoraka za određivanje svježine hrane. Međutim, zbog složenosti stvarnih scenarija korištenja hladnjaka (kao što su smetnje od strane korisnika pri otvaranju i zatvaranju vrata, pokretanju i zaustavljanju kompresora i cirkulaciji zraka u unutrašnjosti itd.), kao i međusobnog utjecaja različitih isparljivih plinova iz sastojaka hrane, još uvijek postoji prostor za poboljšanje tačnosti određivanja svježine hrane.

Primjene u kuhanju su još jedan važan scenario za plinske senzore. Tokom procesa kuhanja nastaju stotine plinovitih spojeva, uključujući čestice, alkane, aromatična spojeve, aldehide, ketone, alkohole, alkene i druge isparljive organske spojeve. U tako složenom okruženju, nizovi plinskih senzora pokazuju očiglednije prednosti od pojedinačnih senzora. Studije pokazuju da se nizovi plinskih senzora mogu koristiti za određivanje statusa kuhanja hrane na osnovu ličnog ukusa ili kao pomoćni alat za praćenje prehrane za redovno izvještavanje korisnika o navikama kuhanja. Međutim, faktori okruženja za kuhanje, poput visoke temperature, isparenja od kuhanja i vodene pare, mogu lako uzrokovati "trovanje" senzora, što je tehnički problem koji treba riješiti.

U oblasti sigurnosti hrane, istraživanje Wang Dijevog tima pokazalo je potencijalnu primjenu plinskih senzora. Njihov cilj je "istovremena identifikacija desetina plinova pomoću malog priključka za mobilni telefon" i posvećeni su tome da informacije o sigurnosti hrane budu lako dostupne. Ovaj visoko integrirani olfaktorni uređaj može detektovati isparljive komponente u hrani, odrediti svježinu i sigurnost hrane te pružiti informacije u stvarnom vremenu potrošačima.

Tabela: Glavni objekti detekcije i tehničke karakteristike senzora gasa u različitim oblastima primjene

Područja primjene, glavni objekti detekcije, najčešće korišteni tipovi senzora, tehnički izazovi, trendovi razvoja

Zapaljivi plinovi u industriji, katalitički tip sagorijevanja otrovnih plinova, elektrohemijski tip, tolerancija na teške uvjete, sinhrono praćenje više plinova, praćenje izvora curenja

Medicinski i zdravstveni aceton, CO₂, VOC poluprovodnički tip, kolorimetrijski tip selektivnosti i osjetljivosti, nosiva i inteligentna dijagnostika

Dugoročno postavljanje stabilne mreže i prenos podataka u realnom vremenu za praćenje zagađivača vazduha i stakleničkih plinova u infracrvenom i elektrohemijskom obliku.

Pametni kućni isparljivi plin iz hrane, poluprovodnički tip dima za kuhanje, PID mogućnost sprječavanja interferencije

Molimo kontaktirajte Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Web stranica kompanije:www.hondetechco.com

Tel: +86-15210548582


Vrijeme objave: 11. juni 2025.