سنسور گاز هیدروژن

یکی از دانشجویان دکتری فیزیک واحد علوم تحقیقات موفق به طراحی حسگری شده است که در مدت زمان خیلی کوتاه، قادر به تشخیص میزان هیدروژن موجود در محیط می‌باشد. به گزارش خبرگزاری مهر و به گفته لیلا فکری: هیدروژن یک گاز بی رنگ، بی بو و بی مزه است که توسط حواس پنج گانه انسانی قابل شناسایی نیست، و به دلیل استفاده از این گاز به عنوان سوخت در منازل، خودروها، موشک‌هایی با سوخت هیدروژن و موارد دیگر، وجود یک حسگر برای آشکارسازی نشتی این گاز الزامی می‌باشد.

وی افزودند هدف اصلی این پژوهش نیز ساخت حسگری بوده که قادر به تشخیص گاز هیدروژن در محدوده‌ قابل انفجار می‌باشد، سنسورهای هیدروژنی وسایل مبدلی می‌باشند که با جذب مولکول‌های گاز هیدروژن، منجر به تولید یک سیگنال الکتریکی می‌شوند که متناسب با مقدار غلظت گاز هیدروژن است، در این طرح، سنسور MOS خازنی ساخته شده که در کمتر از ۲ دقیقه نشتی گاز هیدروژن را در محدوده‌ قابل انفجار یا همان غلظت ۴ درصد حجمی تشخیص می‌دهد.

بر اساس داده‌های گزارش شده توسط این دانشجو، سنسور های خازنی هرگونه تغییر در محیط را از طریق تغییر در ظرفیت الکتریکی خازن نشان می‌دهند.

مزیت

مزیت این دسته از حسگرها نسبت به انواع دیگر سنسور، پایداری، طول عمر بالا و زمان پاسخ دهی پایین آن‌ها می‌باشد.

این دانشجو بیان کردند که نیاز به سرعت و دقت بالا برای نمایش و کنترل غلظت هیدروژن در حوزه‌های مختلف صنعت وجود دارد به عنوان مثال می‌توان این سنسور را برای نمایش غلظت هیدروژن در فرایند تولید آمونیاک، متانول و آبپوشی هیدروکربن‌ها مورد استفاده قرار داد. از دیگر کاربرهای استفاده از نتایج این طرح می‌توان به فرایند گوگرد‌زدایی از تولیدات نفتی، تولید سوخت موشک و یا هنگام پرتاب شاتل و سایر کاربردهای فضایی اشاره کرد.

توضیحات تکمیلی

لیلا فکری ابتدا در رابطه با نحوه‌ ساخت و ارزیابی این حسگر افزودند: آن چیزی که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است اثر ضخامت لایه‌ی اکسیدی موجود در ساختار سنسور، بر خواص و عملکرد آن می‌باشد. لازم به ذکر می‌باشد این سنسور دارای ساختار سه لایه‌ای از سیلیس، اکسید سیلسیوم و نیکل می‌باشد. ایشان ادامه دادند: چهار نمونه‌مختلف از این سنسور تهیه شده که تفاوت آن‌ها تنها در ضخامت لایه‌ی اکسید سیلیسیوم می‌باشد.

حسگر هیدروژن

سنسور هیدروژن یک نوع حسگر است که طراحی شده است تا غلظت گاز هیدروژن را در محیط‌های مختلف تشخیص دهد. این سنسورها برای شناسایی و اندازه‌گیری مقادیر هیدروژن استفاده می‌شوند و در بسیاری از صنایع و برنامه‌ها، از جمله صنعت نفت و گاز، انرژی هیدروژن، صنعت شیمی و کشاورزی، اعمال می‌شوند.

انواع

1.  شیمیایی: این نوع سنسور ها بر اساس تغییرات شیمیایی که در نتیجه واکنش گاز هیدروژن با یک ماده حساس درون سنسور ایجاد می‌شود، عمل می‌کنند. وقتی گاز هیدروژن به حسگر وارد می‌شود، واکنشی شیمیایی رخ می‌دهد که می‌تواند تغییراتی در خواص الکتریکی، نوری یا مکانیکی ماده حساس ایجاد کند. این تغییرات سپس توسط حسگر تشخیص داده می‌شوند و غلظت گاز هیدروژن محاسبه می‌شود.

2.  کاتالیزوری: در این نوع سنسورذ ها، هیدروژن با یک کاتالیزور تعامل می‌کند و واکنش شیمیایی رخ می‌دهد. این واکنش باعث تولید تغییراتی در خواص الکتریکی یا نوری کاتالیزور می‌شود که توسط سنسور تشخیص داده می‌شود و مقدار هیدروژن در محیط اندازه‌گیری می‌شود.

سنسور هیدروژن عموماً با دقت بالا و زمان پاسخ کوتاهی عمل می‌کنند. آن‌ها به عنوان یک قسمت مهم در سیستم‌های تشخیص نشت گاز هیدروژن، ایمنی صنعتی و کاربردهای مرتبط دیگر استفاده می‌شوند.

حسگر خازنی هیدروژن

سنسور خازنی هیدروژن نوعی حسگر هستند که بر اساس تغییرات خاص در خواص خازنی اجزای آنها در حضور گاز هیدروژن عمل می‌کنند. این سنسورها بر اساس اصل کار خازنی ساخته می‌شوند و تغییرات ظرفیت الکتریکی یا مقدار بار الکتریکی را به عنوان پاسخ به حضور گاز هیدروژن در محیط تشخیص می‌دهند.

عملکرد

عملکرد سنسور های خازنی هیدروژن به این صورت است: این سنسور ها شامل یک زوج الکترود خازنی هستند که از یک جزء حساس به گاز هیدروژن تشکیل شده‌اند. زمانی که گاز هیدروژن وارد محیط حسگر می‌شود، تغییر در ظرفیت الکتریکی زوج الکترودها ایجاد می‌شود. این تغییر ظرفیت الکتریکی می‌تواند به دو روش اتفاق بیفتد:

روش ها

1. تغییر ظرفیت الکتریکی: وقتی گاز هیدروژن در محیط سنسورحضور داشته باشد، ممکن است با سطح الکترودها و جزء حساس واکنش شیمیایی داشته باشد و تغییری در ظرفیت الکتریکی الکترودها ایجاد کند. این تغییر ظرفیت الکتریکی می‌تواند با استفاده از اندازه‌گیری جریان الکتریکی یا تغییرات ولتاژ خوانده شود.

2. تغییر مقدار بار الکتریکی: حضور گاز هیدروژن می‌تواند منجر به تغییر مقدار بار الکتریکی الکترودها شود. این تغییر بار الکتریکی نیز می‌تواند توسط سنسور تشخیص داده شده و مقدار هیدروژن محیط اندازه‌گیری شود.

نتیجه گیری

سنسور های خازنی هیدروژن به عنوان یکی از روش‌های حسگری دقیق و قابل اعتماد برای تشخیص و اندازه‌گیری غلظت گاز هیدروژن استفاده می‌شوند. آنها در صنایعی مانند نفت و گاز، انرژی هیدروژن، خودروسازی و باتری‌های سوختی کاربرد دارند.