Zehirli ve Zararlı Gaz Dedektörlerinin Prensibi ve Uygulaması
Toksik ve zararlı gaz dedektörlerinin prensibi ve uygulaması/Gaz dedektörlerinin temel bileşeni gaz sensörleridir. Gaz sensörleri prensipte üç kategoriye ayrılabilir:
A) Yarı iletken tip (yüzey kontrollü, hacim kontrollü, yüzey potansiyeli tipi), katalitik yanma tipi, katı termal iletkenlik tipi vb. gibi fiziksel ve kimyasal özellikleri kullanan gaz sensörleri.
B) Termal iletkenlik, optik girişim, kızılötesi emilim vb. gibi fiziksel özellikleri kullanan gaz sensörleri.
C) Sabit potansiyel elektroliz, Gavanni pili, membran iyon elektrodu, sabit elektrolit vb. gibi elektrokimyasal özellikleri kullanan gaz sensörleri.
Tehlikelerine göre zehirli ve zararlı gazları iki kategoriye ayırıyoruz: yanıcı gazlar ve zehirli gazlar. Farklı özellikleri ve tehlikeleri nedeniyle tespit yöntemleri de farklılık göstermektedir.
Yanıcı gaz, petrokimya endüstrisi gibi endüstriyel ortamlarda karşılaşılan en yaygın tehlikeli gazdır. Esas olarak alkanlar gibi organik gazlardan ve karbon monoksit gibi bazı inorganik gazlardan oluşur. Yanıcı gazların patlaması belirli koşulları, yani belirli bir yanıcı gaz konsantrasyonu, belirli bir miktarda oksijen ve ateşleme kaynaklarını tutuşturmak için yeterli ısıyı karşılamalıdır. Bunlar patlamanın üç temel unsurudur ve hiçbiri vazgeçilmez değildir. Yani bu şartlardan herhangi birinin bulunmaması yangına veya patlamaya neden olmayacaktır.
Yanıcı gazlar (buhar, toz) ve oksijen karışıp belli bir konsantrasyona ulaştığında, belli sıcaklıktaki bir yangın kaynağıyla karşılaşıldığında patlama meydana gelecektir. Yangın kaynağıyla karşılaştığında patlayan yanıcı gazın konsantrasyonuna, genellikle yüzde olarak ifade edilen, Alevlenebilirlik sınırı olarak adlandırılan patlama konsantrasyon sınırı adını veriyoruz.
Çalışmalarımızda katalitik yanma dedektörü olarak yaygın olarak bu gazları LEL kullanarak ölçen dedektörler kullanılmaktadır. Prensibi, ikili köprü (genellikle Wheatstone köprüsü olarak anılır) algılama ünitesidir. Bu platin tel köprülerden biri katalitik yanma maddeleri ile kaplanmıştır. Herhangi bir yanıcı gaz elektrot tarafından ateşlenebildiği sürece, platin tel köprünün direnci sıcaklık değişimlerinden dolayı değişecektir. Bu direnç değişimi yanıcı gazın konsantrasyonuyla orantılıdır. Yanıcı gazın konsantrasyonu cihazın devre sistemi ve mikroişlemcisi aracılığıyla hesaplanabilmektedir. Yanıcı gazların hacimsel konsantrasyonunu doğrudan ölçen termal iletkenlik VOL dedektörleri de piyasada bulunabilir ve halihazırda LEL/VOL'u birleştiren dedektörler mevcuttur. VOL yanıcı dedektörü özellikle hipoksik (oksijen eksikliği) ortamlarda yanıcı gazların hacim (VOL) konsantrasyonunu ölçmek için uygundur.
Zehirli gazlar hem çoğu organik kimyasal (VOC) gibi üretim hammaddelerinde hem de amonyak, karbon monoksit, hidrojen sülfit vb. gibi üretim sürecinin çeşitli aşamalarındaki yan ürünlerde mevcut olabilir. Bunlar işçiler için en tehlikeli faktörlerdir. Bu tür zararlar yalnızca fiziksel rahatsızlık, hastalık, ölüm vb. gibi anlık zararları değil, aynı zamanda sakatlık, kanser vb. gibi insan vücuduna yönelik uzun vadeli zararları da içerir. Bu zehirli ve zararlı gazların tespiti, Gelişmekte olan ülkelerin yeterince dikkat etmeye başlaması gereken bir konu.
Şu anda, belirli zehirli gazların tespiti için en çok özel gaz sensörlerini kullanıyoruz. Yukarıda listelenen tüm gaz sensörlerinin yanı sıra önceki iki bölümde açıklanan Fotoiyonizasyon dedektörünü de içerebilir. Bunlar arasında inorganik gazları tespit etmek için nispeten olgun teknolojiye ve en kapsamlı göstergelere sahip en yaygın yöntem, elektrokimyasal sensörler olarak da bilinen sabit potansiyel elektroliz yöntemidir.
Elektrokimyasal sensör, belirli bir elektrolite (yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi) yerleştirilen iki reaksiyon elektrotundan (çalışma elektrotu, karşı elektrot ve bir referans elektrot) oluşur ve daha sonra Redox'un çalışmasını sağlamak için reaksiyon elektrotları arasına yeterli voltaj uygulanır. Ölçülecek gazın ağır metal katalizör filmle kaplanmasıyla gerçekleştirilir ve ardından gaz elektrolizi sırasında oluşan akım, cihazdaki devre sistemi aracılığıyla ölçülür. Daha sonra içerideki mikroişlemci, gazın konsantrasyonunu hesaplar.
Şu anda belirli gazları tespit edebilen elektrokimyasal sensörler arasında karbon monoksit, hidrojen sülfür, kükürt dioksit, nitrik oksit, nitrojen dioksit, amonyak, klor, siyanürik asit, etilen oksit, hidrojen klorür vb. yer almaktadır.
VOC dedektörünün tespiti, önceki bölümde tanıtılan fotoiyonizasyon dedektörünü kullanabilir. Oksijen de endüstriyel ortamlarda özellikle kapalı ortamlarda büyük dikkat gerektiren bir faktördür. Genellikle oksijen içeriği yüzde 23,5'i aştığında, kolayca patlama riskine yol açabilecek aşırı oksijen (zenginleştirilmiş oksijen) olarak anılır; Oksijen içeriğinin yüzde 19,5'ten az olması oksijen yetersizliğini (hipoksi) gösterir; bu da işçiler arasında kolayca boğulmaya, komaya ve hatta ölüme yol açabilir. Normal oksijen içeriğinin yüzde 20,9 civarında olması gerekir. Oksijen dedektörleri aynı zamanda bir tür elektrokimyasal sensördür.
