Sensor multigás MEMS de última geração

A detecção de gases é uma função crítica, mas a tecnologia não mudou em décadas. Agora, o novo tipo de sensor da NevadaNano é um divisor de águas para o mercado.

ESPECTRÔMETRO DE PROPRIEDADE MOLECULAR

NevadaNano chama seu sensor, um dispositivo baseado em MEMS, o Molecular Property Spectrometer™ (MPS™).
O Sensor de Gases Inflamáveis ​​MPS pode detectar e identificar as concentrações de 12 dos gases combustíveis mais comuns, incluindo hidrogênio; o Sensor de Gás Metano MPS foi projetado para monitorar vazamentos de metano nas indústrias de petróleo e gás; o MPS RefrigerantSensor de gás nt detecta baixo aquecimento global levemente inflamável refrigerants — todos baseados na mesma tecnologia. De acordo com Rogers (Diretor de Engenharia @NevadaNano), seu sensor é muito mais preciso e confiável do que o tradicional Pellistor (sensor catalítico) e o sensor infravermelho não dispersivo (NDIR). A maioria dos sensores tradicionais tem um revestimento que excita algum tipo de reação química. O problema é que, com o tempo, os locais de detecção que permitem a reação podem ser destruídos. O MPS, no entanto, é uma superfície inerte à base de silício, que não requer nenhuma reação química. Ele aquece, mede as propriedades termodinâmicas do ar e depois esfria novamente, de modo que pode durar 10 anos ou mais sem qualquer calibração, de acordo com Rogers.

IDENTIFICANDO UM GÁS

O MPS é construído em um pacote do tamanho de uma polegada. O ar a ser testado entra pela tela de malha na parte superior e atinge uma micro placa de aquecimento suspensa e amarrada, que tem o mesmo diâmetro de um cabelo humano - 100 mícrons de diâmetro. A placa de aquecimento pode ser aquecida até centenas de graus Celsius. A fonte de calor é um aquecedor Joule, no qual uma corrente elétrica é alimentada por um elemento resistivo, conforme mostrado no detalhe da Figura 1. A corrente entra em uma das amarras, gira e sai naquele traço. “Podemos medir a resistência da placa de aquecimento, o que nos dá sua temperatura e também a potência necessária para alcançá-la”, disse Rogers. A relação entre a temperatura da placa e a potência necessária para atingir essa temperatura é uma função da condutividade térmica do ar. Quando o ar contém gases, suas propriedades térmicas mudam. Para example, se o metano estiver presente no ar e a placa de aquecimento for aquecida, uma vez que o metano é mais termicamente condutivo do que o ar, é necessária mais energia para manter a placa de aquecimento na temperatura certa do que quando o metano não está presente.
Chave para suas propriedades únicas, o MPS é um dispositivo MEMS, produzido de forma semelhante aos chips de silício: em uma fundição; e por ser um dispositivo MEMS, requer muito pouca energia para operar. “Nunca houve um sensor de combustível antes que pudesse dizer a classe de gás que você está detectando. Quando fazemos uma detecção, também fornecemos uma classificação. Para example, o sensor relata a concentração presente e que é hidrogênio, ou um gás médio como o pentano, ou uma mistura de hidrogênio ”, disse Rogers. “Os sensores de gás tradicionais nunca tiveram a capacidade de fazer classificação. Isso é o que nos torna tão precisos: porque podemos ajustar nossa calibração para qualquer gás que esteja lá. ”

CONCENTRAÇÃO

A unidade de concentração que importa é o Limite Explosivo Inferior (LEL), que é a concentração mais baixa (por volume percentual) de um gás no ar que é capaz de produzir um clarão de fogo na presença de uma fonte de ignição. Uma vez que os usuários desejam saber a que distância estão de 50% do LEL, a capacidade de identificar qual gás está presente é importante porque o LEL para cada gás é diferente.

ALGORITMOS

“Somos bons em duas coisas”, disse Rogers. “Um deles é construir o sensor da placa de aquecimento, que levou anos de desenvolvimento. E dois, aprender a falar com aquele aquecedor. ” O dispositivo básico é bastante simples - apenas um resistor aquecido e uma medição de temperatura. A forma como essas informações são usadas é fundamental para o funcionamento do sensor. Os dados provenientes da placa de aquecimento junto com os dados provenientes de um sensor ambiental que mede temperatura, pressão e umidade são usados ​​para obter as leituras. “A cada dois segundos, pegamos os dados da placa de aquecimento, pegamos os dados do sensor ambiental e rodamos um monte de algoritmos que levamos 15 anos para desenvolver e o resultado é: 'é este gás, é esta concentração,' e esse é o truque ”, disse Rogers.
Pegar os mesmos dados, mas mudar os algoritmos permitiu NevadaNano para desenvolver dezenas de produtos baseados em alterações de software. por exampsim, há uma nova raça de refrigerants que são de baixo aquecimento global. Mas muitos destes novos refrigerants, ​​usados ​​em aparelhos de ar condicionado e refrigerators, etc., são inflamáveis. Portanto, todos os aparelhos de ar condicionado residenciais exigirão sensores de inflamabilidade para evitar condições inseguras. Com base nas propriedades termodinâmicas daqueles refrigeramoléculas nt NevadaNano foi capaz de criar um produto adequado exclusivamente para aquela espécie específica de gás ou múltiplo, apenas fazendo uma alteração no software. Então, em cerca de um mês, eles tinham um novo produto Alpha e começaram a lançá-lo e mostrá-lo às pessoas.

CALIBRAÇÃO

Perguntei a Rogers se eles precisavam calibrar cada sensor para um determinado gás. Ele respondeu que depende de qual gás precisa ser detectado. Para os gases inflamáveis ​​padrão, eles usam metano como gás de calibração na fábrica. “Uma vez que mostramos o sensor de metano, não precisamos calibrá-lo para hidrogênio, butano, propano - ele detecta intuitivamente todos os outros gases também.” Então, por example, eles não precisam necessariamente usar hidrogênio na fábrica para calibrar um sensor específico de hidrogênio.

APLICAÇÕES

Então perguntei a Rogers sobre aplicações típicas. “Somos apenas o sensor - somos aquele pequeno dispositivo em forma de balde que é conectado a um sistema de detector. Para exampPor exemplo, se você fosse a uma refinaria hoje e olhasse nas paredes, veria muitas dezenas de dispositivos que se parecem com medidores de energia elétrica. ” Eles têm vários sensores conectados a eles, provavelmente incluindo um sensor de sulfeto de hidrogênio, um sensor de oxigênio, um sensor de monóxido de carbono e um sensor de gás inflamável, como o MPS.
Bombeiros e outros socorristas correndo para dentro de um prédio normalmente usam o que é chamado de sensor de quatro gases - um pequeno dispositivo do tamanho de um telefone celular que fica em seus ombros e tem quatro sensores de gás nele, incluindo um MPS.

Resumindo

Segundo Rogers, o MPS é a tecnologia mais inovadora para detecção de gás em mais de 30 anos. Ele supera as deficiências das tecnologias existentes; é estável em amplas faixas de operação, incluindo mudanças rápidas de temperatura e umidade; é preciso para uma lista de gases inflamáveis ​​comuns (incluindo hidrogênio). Além disso, o MPS pode ser usado em ambientes com gases múltiplos ou desconhecidos presentes e é intrinsecamente seguro, robusto e imune a envenenamento.

Este artigo foi escrito por Ed Brown, Editor da Sensor Technology. Para mais informações visite SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA