Cross Sensitivity در سنسورهای گاز

بنـــــــام خـــــــــدا

حساسیت متقابل یا Cross Sensitivity اصطلاحی است که در سنسورهای گاز مورد استفاده قرار میگیرد و عبارتست از نمایاندن اثر یک گاز وقتی که ما نمی خواهیم آن گاز آشکار شود. حساسیت متقابل باعث انحراف از نتایج سنسور و گمراه ساختن کاربر میشود، چرا که سنسور پاسخی را نشان میدهد که مربوط به اثر گازی که در پی آن بوده ایم نیست. مثلاً سنسور گاز CO ممکن است بطرز قابل ملاحظه ای به هیدروژن، اتیلن، و ایزوبوتیلن واکنش نشان دهد. در نتیجه در حضور این گازها، سنسور به ما میگوید که گاز CO در محیط وجود دارد در حالیکه اینطور نیست. برای جلوگیری از Cross Sensitivity بهترین گزینه استفاده از فیلتر است (ترکیباتی مانند ذغال چوب). در بعضی موارد با تغییراتی در سیستم پردازش اطلاعات سنسور میتوان تنها اطلاعات صحیح را بدست آورد.

اضافه کردن لایه ای بر روی لایه حساس به گاز – لایه اکتیو – بکمک فیلترهایی نظیر Nb2O5 – پنتاکسید نئوبیوم – میتواند باعث حذف اثر حساسیت متقابل شود. این فیلتر در سنسورهای گروه هیدروکربن و الکل بسیار خوب جواب داده است. در اینصورت ترکیب گازهای موجود در محیط  قبل از رسیدن به لایه اکتیو باید از فیلتر گذر کنند و فیلتر نیز با توجه به نوع آن تنها به گازهایی مشخص اجازه عبور خواهد داد.

استفاده از فیلترهای پلاتینی و پالادیومی نیز انتخاب دیگری برای شناسایی ترکیبات هیدروکربنی است. البته باید در نظر داشت که بدلیل خواص رسانایی، این فلزات را بروی لایه عایقی معمولاً از جنس اکسید آلومینیوم – Al2O3 – رسوب می دهند. اکسید مس – CuO – نیز انتخاب دیگری برای کمتر کردن حساسیت سنسور CO به اتانول است. برای اینکار میتوان ابتدا روی لایه اکتیو را با Al2O3 پوشاند (مثلاً با Sputtering) و سپس CuO را روی این لایه Sputter کرد.

ترکیب هموژن پلاتین که از چسب پلاتین (چسبی که من استفاده کرده ام از کمپانی ESL خریداری شده و به نام ESL-5542 شناخته میشود) بسادگی قابل دسترسی است بر روی لایۀ Al2O3 به ترکیبات بنزن حساسیتی متفاوت نسبت به لایه پلاتین جامدی دارد که روی اکسید آلومینیوم Sputter شده است. بعلاوه این استراکچر باعث پایان آمدن دمای واکنش شده و علاوه بر طولانی تر شدن عمر سنسور باعث کاهش تلفات توان در هیتر آن میشود. ترکیب هموژن پلاتین را میتوانید با رقیق کردن چسب آن (85%) توسط ترکیب آلفاتریپینوئل – اتیل سلولز – متانول (بترتیب به میزان 10-5-85 درصد) بسازید و سپس با تکنیک پرینت اسکرین (در ایران بنام چاپ سیلک معروف است) روی لایه آلومینا بنشانید (ضخامت 5 میکرون یا کمتر).

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

اساس کار سنسورهای فشار (قسمت اوّل) - Pressure Sensors

بنـــــــــام خدا

اساس کار سنسورهای فشار - قسمت اول (فشار استاتیکی)

برای تشریح عملکرد این دسته از سنسورها ابتدا نگاهی به روابط فیزیکی فشار می اندازیم:

فشار استاتیکی یا ایستایی که در آن فشار وارده بر جسم از طرف خود جسم بوده و تغییر نمی کند عبارتست از:

P=F/A                              (1)

که در آن P فشار در نتیجه نیروی F وارد بر سطح A است. لفظ اندازه گیری فشار عموماً در کنار سیالات  خواه مایعات یا گازها بکار میرود. ظرف شکل یک را با مایعی موجود در آن در نظر بگیرید. این ظرف حاوی فشار P در نقطه ای با فاصله h از سطح مایع مطابق با وزن w اعمال شده از طرف مایع در آن سطح است. در این حالت خواهیم داشت:  

P=∆F/∆A=h.w                         (2)

شکل یک: فشار در هر نقطه ای از سطح مایع محدودشده بکمک حاصلضرب وزن مایع در فاصله آن نقطه از سطح مایع بدست میآید.

از طرفی وزن یک سیّال در واحد حجم با کمک رابطه زیر قابل محاسبه است، که در آن V حجم، m جرم، و g شتاب جاذبه است:

w=m.g/V                 (3)

لازم بذکر است که بکمک همین رابطه میتوان ارتفاع ستون مایع در یک تانک را با اندازه گیری فشار آن سنجید.

از طرفی چگالی یک سیال ρ عبارتست از :

ρ = mV     (4)    

بنابراین از روی چگالی یک مایع در ارتفاعی مشخص میتوان فشار مایع را پیدا کرد (با فرض شتاب جاذبه معادل 9.8 با دانستن چگالی از رابطه 4، مقدار وزن سیّال در رابطه 3 مشخص میشود. در نتیجه فشار مایه در ارتفاع h بکمک رابطه 2 با توجه به معلوم بودن وزن سیّال قابل محاسبه است).

باید توجه داشت که کلاً فشار ناشی از ارتفاع یک ستون مایع به عملکرد فشار اتمسفر وارد شده بر سطح مایع بستگی دارد. از ترکیب روابط 2 تا 4 خواهیم داشت:

h=P/ρ.g       (5)

و یا:

P=h.ρ.g             (6)

در نتیجه فشار وارده بر سطح بالایی یک بلوک مکعبی مستطیل با سطح مقطع A شناور در آب که در ارتفاع h از سطح آب قرار دارد و دارای ضخامتی معادل L است، عبارتست از:

P_D=h.ρ.g               (7)

و فشار وارده بر سطح پایینی همین بلوک عبارتست از:

P_U=(h+L).ρ.g                  (8)

در نتیجه برآیند فشار وارده بر جسم شناور عبارتست از:

                                                     P_U – P_D =L.ρ.g         (9)

شکل دو - مکعب شناور در مایع

اکنون نگاهی به اصل ارشمیدس می اندازیم. این اصل میگوید: نیروی وارد بر یک جسم شناور در آب معادل با وزن مایع جابجا شده توسط آن جسم است. در اینجا نیروی وارد بر بلوک عبارتست از: حجم بلوک (V = A.L) ضربدر وزن مایع جابجا شده و یا:

F = A.L.w      (10)

که در نتیجه با کمک رابطه 1 خواهیم داشت:

P = L.w           (11)

و با در نظر گرفتن رابطه وزن سیال جابجا شده با چگالی و شتاب جاذبه (w = ρ.g)، فشار وارده بر بلوک فرضی در رابطه  9 مطابق بر قانون ارشمیدس اثبات میشود.

در قسمت بعدی به بحث پیرامون اندازه گیری فشار در سیّال جاری (غیر ساکن) خواهیم پرداخت.

برای نوشتن این مطالب از هندبوک جامع سنسورها، انتشارات مک گراو هیل، فصل 6 (سنسورهای فشار ) چاپ 2007 استفاده شده است.

 هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.