Technologia detekcji w podczerwieni (IR) jest wykorzystywana w wielu zastosowaniach do wykrywania określonych gazów, które absorbują światło IR o charakterystycznej długości fali.
Wiązka światła podczerwonego przechodzi przez chmurę gazu i trafia do układu optycznego, gdzie jest rozdzielana i przesyłana przez filtry do czujników podczerwieni.
Wiązka "pomiarowa", o częstotliwości około 3,3μm, jest pochłaniana przez cząsteczki gazu węglowodorowego, co powoduje zmniejszenie intensywności wiązki. Wiązka "referencyjna" (około 3,0μm) nie jest pochłaniana przez gaz, więc dociera do odbiornika z pełną mocą. Wartość %LEL gazu jest określana na podstawie różnicy w intensywności wiązek mierzonych przez fotoodbiornik.
Czujniki podczerwieni są wykorzystywane na wielu rynkach, od rolnictwa po gospodarkę odpadami, i często znajdują szczególne zastosowanie w środowiskach, w których czujniki oparte na pelistorach działają nieprawidłowo lub w niektórych przypadkach zawodzą. Czujniki podczerwieni dostrojone do 3,3 mikrona mogą wykrywać wiele gazów zawierających wiązania atomowe wodoru z węglem (C-H), natomiast czujniki podczerwieni dostrojone do 4,25 mikrona mogą wykrywać gazy zawierające dwutlenek węgla (O=C=O).
Zagrożenia
Emisja dwutlenku węgla w rolnictwie jest problemem zarówno dla naszej atmosfery, jak i dla pracowników tego sektora. Od produkcji nawozów po procesy przechowywania i pakowania żywności - dwutlenek węgla jest regularnie wytwarzany, przechowywany, transportowany i wykorzystywany, a w konsekwencji stanowi stałe zagrożenie gazowe. Do pomiaru i kontroli temperatury oraz stężenia dwutlenku węgla można wykorzystać komercyjne systemy kontroli szklarni. CO2 musi być również monitorowany w hodowli świń i drobiu podczas procesów ogłuszania gazowego. Fermentacja beztlenowa i produkcja biogazu również wymaga wczesnego wykrywania gazów za pomocą czujników dwutlenku węgla i metanu, aby zapewnić bezpieczeństwo procesu. Należy monitorować emisje metanu z rolnictwa i mleczarstwa.
Podczas deponowania odpadów na składowisku powstaje szereg szkodliwych gazów, w tym lotne związki organiczne, metan i dwutlenek węgla. Gazy te powstają w wyniku działania mikroorganizmów, co wiąże się z odparowywaniem lotnych związków organicznych, reakcjami chemicznymi między składnikami odpadów oraz działaniem drobnoustrojów. Obecnie obowiązkowe jest usuwanie gazów wysypiskowych z tych miejsc, aby uniknąć ryzyka wybuchu. Urządzenia do wykrywania gazów można włączyć do systemów przetwarzania gazu wysypiskowego, aby łatwo monitorować te gazy i na tej podstawie podejmować świadome decyzje o ich usuwaniu.
Brak cyrkulacji powietrza w pomieszczeniach może doprowadzić do zubożenia tlenu i nagromadzenia dwutlenku węgla do niebezpiecznego poziomu. Zapewnienie bezpiecznego powietrza do oddychania można osiągnąć poprzez zastosowanie detektorów gazu w pomieszczeniach, które mierzą zawartość tlenu i dwutlenku węgla w pomieszczeniu.
Czujniki pelistorowe, zwane też katalitycznymi czujnikami perełkowymi, mają wady z czterech powodów: nie działają w warunkach zerowej zawartości tlenu, przepalają się przy dużych stężeniach objętościowych paliwa, zatruwają katalizatory i starzeją się, dlatego opracowano czujniki na podczerwień, które rozwiązują te wady i mogą znacznie zwiększyć bezpieczeństwo w warunkach, w których pelistory nie zgłaszałyby obecności gazu. Czujniki podczerwieni są zwykle stosowane do wykrywania dwutlenku węgla i gazów palnych, a ich działanie jest niezawodne w wielu środowiskach. Niektóre czułe, wysokiej klasy analizatory gazów wykorzystują podczerwień do wykrywania tlenku węgla, czynników chłodniczych, amoniaku, a nawet dwutlenku siarki.
W niektórych warunkach pelistory są podatne na zatrucie, w którym następuje nieodwracalna utrata czułości, lub inhibicję, czyli odwracalną utratę czułości, przez szereg substancji chemicznych. W przypadku zatrucia pelistor nie wytwarza sygnału wyjściowego w kontakcie z łatwopalnym gazem, a zatem nie przechodzi w stan alarmu, gdy środowisko staje się niebezpieczne. Związki zawierające krzem, ołów, siarkę i fosforany w ilości zaledwie kilku części na milion (ppm) mogą pogorszyć działanie pelistora. Sadzenie, gdy pelistory są wystawione na działanie paliw o wysokiej zawartości węgla, prowadzi do osadzania się węgla na aktywnej stopce pelistora, co może uniemożliwić lub nawet zablokować przepływ gazu do stopki. Jeżeli pelistory są wystawione na działanie wysokiego stężenia gazu palnego, może wystąpić zjawisko "sadzy", ale nie jest ono zalecane jako metoda leczenia, ponieważ powoduje inny problem, polegający na tym, że miejscowe różnice temperatur w kulce pelistorowej powodują jej pękanie. Od tego momentu używanie takiej stopki staje się niebezpieczne.
Czujniki podczerwieni są odporne na działanie innych gazów i nadają się zarówno do stosowania w wysokich stężeniach gazów, jak i w środowisku obojętnym (bez tlenu), w którym czujniki katalityczne pelistorowe nie sprawdzałyby się najlepiej. Uwaga: aby uniknąć problemów związanych z nasyceniem, należy sprawdzić zakres stężenia gazu w arkuszu danych czujnika.
Czujniki podczerwieni nie są podatne na zatrucie, co czyni je idealnymi do wykrywania gazów palnych w środowiskach o niskiej zawartości tlenu, takich jak zbiorniki magazynowe paliwa podczas przepłukiwania gazem obojętnym przed konserwacją lub takie, w których nadal występuje wysoki poziom oparów paliwa.
Wiele typów czujników podczerwieni wymaga do działania mniejszej mocy niż pelistory, podczas gdy pelistory zawsze wymagają dużej ilości mocy do działania.
Pelistory mają ograniczoną żywotność i mogą dawać niedokładne odczyty, jeśli są skalibrowane dla jednego rodzaju gazu docelowego, gdy obecny jest inny.
Bezawaryjna natura czujników podczerwieni, które automatycznie alarmują o każdej usterce, zapewnia dodatkową warstwę bezpieczeństwa.
