Gaz Sensörleri

Gaz sensörleri, hayatımızın her yanında karşılaştığımız, boyut olarak küçük, işlev olarak büyük sistemlerdir. Evlerimizin mutfağında, iş yerlerimizin çay ocaklarında, alışveriş merkezlerinin kapalı otoparklarında, çalıştığımız endüstriyel tesislerde, kısacası hayatımızın her alanında gaz kaçağı tehlikesi ile karşı karşıyayız.

Bu gazlar patlayıcı ya da zehirleyici özellikleri ile can ve mal güvenliğimizi tehdit etmektedir. Bu sebeple gaz kaçağı tehlikesi olan yerlerde gerekli önlemlerin alınması gereklidir.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

Gaz kaçağına karşı alınacak önlemlerin başında gaz dedektörlerinin kullanımı gelmektedir. Gaz dedektörleri söz konusu gazın ortamda bulunduğunu algılar ve gerekli otomasyonları aktive eder. Örneğin kapalı otoparklarda bulunan karbonmonoksit gaz dedektörü algılama yaptığında jet fanların çalıştırılmasını sağlar.

Gaz dedektörlerinin içinde algılama işlevini yerine getiren sensörler bulunmaktadır. Bu sensörler algılanacak gazın özelliğine ve algılama prensibine göre çeşitlilik göstermektedir. Sık kullanılan gaz sensörleri aşağıda belirtilmiştir.

Katalitik Sensör

Genelllikle patlayıcı gazların algılamasında kullanılan katalitik sensörlerin yapısında iki tane pelistör adı verilen minik seramik kürecik bulunur. Pelistörün içinde bobin şeklinde sarılmış platinyum tel, üzerinde de katalizör katman bulunur. Patlayıcı gaz sensöre ulaştığında katalizör katman ile reaksiyona girer ve oksidasyon oluşur. Bunun sonucunda ise pelistörün ısısı artar. Pelistör ısısının artmasıyla birlikte içindeki platinyum tel bobinin elektriksel direnci artar.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

Katalitik sensörlerin yapısında bulunan pelistörlerden sadece bir tanesinin üzerinde katalizör katman bulunur. Diğer pelistör ise referans görevini görür. Wheatstone köprüsü şeklinde bağlanan pelistörler sayesinde ortam sıcaklığının artışı hatalı algılamaya yol açmaz. Eğer ortam sıcaklığı artarsa iki pelistörün de ısısı artar ve sensörde sinyal oluşmaz. Ancak patlayıcı gaz algılandığında sadece bir pelistör ısınır ve sensör sinyal oluşturur.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

Katalitik sensörler patlayıcı gazları %100 LEL seviyesine kadar sağlıklı bir şekilde algılayabilmektedir. Ancak katalitik sensörlerin yüksek gaz konsantrasyonuna uzun süre maruz kalmaları önerilmez. Çünkü yüksek gaz konsantrasyonunun olduğu ortamlarda oksijen seviyesi düşük olur ve pelistörde oksidasyon gerçekleşmeyebilir. Bu durumda sensör duyarlılığını kaybederek hatalı ölçüm yapabilir.

Katalitik sensörlerin normal çalışma koşullarında ortalama ömrü 5 yıldır. Her yıl yaklaşık %5 ila %10 aralığında hassasiyet kaybı meydana gelir. Sensörün patlayıcı gaza maruz kalma seviyesi ve sıklığına göre ömrü ve hassasiyeti değişkenlik gösterebilmektedir.

Infrared (IR) Sensör

Patlayıcı gazların algılamasında en çok kullanılan sensörlerden biri de Infrared (IR) sensörlerdir. Infrared sensörler genellikle hidrokarbon gazların algılamasında kullanılır. Çünkü Infrared sensörler yapısı gereği algılamasını hidrokarbon gazların Infrared ışınların dalga boyunu değiştirme özelliğinden yararlanarak gerçekleştirir.

Genel olarak Infrared sensörlerin yapısı aşağıdaki gibidir. IR ışık kaynağı optik alıcıya bir ışın gönderir. Sensörün içine giren hidrokarbon gazı ışık kaynağından çıkan IR ışınını soğurur. Referans ışın ile algılama için gönderilen ışın arasındaki sönüm farkı alarm seviyesi olarak belirlenen eşiğe geldiğinde sensör sinyal gönderir.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

IR sensörler ortam sıcaklığındaki değişimlere, neme, yüksek patlayıcı gaz konsantrasyonuna ve hidrojen sülfür gibi engelleyici gazlara karşı dayanıklıdır. Düşük veya yüksek oksijen konsantrasyonunun bulunduğu ortamlarda IR sensörleri güvenilir ölçüm yapabilmektedir. Ancak aynı durum katalitik sensörler için geçerli değildir.

Ayrıca katalitik sensörlerin normal şartlarda ortalama 5 yıl gibi bir ömrü varken IR sensörlerin ömürleri çok daha fazladır. IR sensörlerin rutin kalibrayonu ortalama senede bir kez yapılırken katalitik sensörlerin ortalama 6 aylık periyotta kalibre edilmesi gerekir.

Elektrokimyasal Sensör

Başta karbonmonoksit, amonyak ve klor olmak üzere zehirleyici gazların ve oksijenin algılamasında genellikle elektrokimyasal sensörler kullanılmaktadır. Kısaca, elektrokimyasal sensörlerin yapısında iki veya üç elektrot bulunmaktadır. Ortamdaki karbonmonoksit gazı zardan geçerek elektrotlara ulaşır. Karbonmonoksit gazı ile elektrotlar kimyasal reaksiyona girer ve elektron akımı oluşur. Gaz konsantrasyonu arttıkça akım da artar. Sensörde oluşan akımın seviyesine göre dedektör alarm sinyali gönderir.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

Yarı iletken Sensör

Yarı iletken sensörler genellikle ev tipi uygulamalarda kullanılmaktadır. Endüstriyel tesislerde kullanılması önerilmez çünkü birçok farklı gaz ile alarm durumuna geçebilmektedir. Ayrıca temiz havada istikrarlı çalışmayan yarı iletken sensörler su buharıyla bile alarm verebilmektedir. Bu sebeple yarı iletken sensörler günümüzde çok fazla tercih edilmemektedir.

gaz sensörleri, Gaz Sensörleri

Yarı iletken sensörün içinde ısıtma rezistansı ile 300°C-400°C arasında ısıtılmış metal oksit bir yüzey bulunur. Normal durumda havadaki oksijen ile metal oksit yüzey reaksiyona girerek yüzeyin belirli bir yarı iletkenlik seviyesine ulaşmasını sağlar. Ortamda bir gaz sızıntısı meydana geldiğinde ise oksijen molekülleri ile sızan gaz molekülleri yer değiştirerek yüzeyin yarı iletkenlik seviyesini değiştirir. Sensörün çıkış sinyali ile gaz konsantrasyonu arasındaki ilişki logaritmiktir.

Termal iletkenli Sensör

Termal iletkenli sensörler ortamdaki hava ile algılanacak gazın termal iletkenliklerinin karşılaştırılması prensibine göre algılama yapar. Sensörün içinde bulunan ısıtılmış termistör veya platinyum tel referans görevi görür. Ortamda bulunan gazın ısıl iletkenliği referanstan fazla ise gazın ısısı düşer. Ortamdaki gazın ısıl iletkenliği referanstan az olması durumunda da gazın ısısı yükselir. Isı değişiklikleri sensörün içindeki elektrik devresinin eşdeğer direncini değiştirir. Sensör bu şekilde ortamdaki gazı algılar.

Ayrıca arduino ile sıkça kullanılan MQ-4 sensörününde serisi aşağıdaki gibir;

Yanıcı Gazlar İçin

  • MQ- 2 Gaz Sensörü : Metan, Bütan, LPG ve sigara dumanını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 3 Gaz Sensörü : Alkol, Etanol ve sigara dumanını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 4 Gaz SensörüMetan ve CNG gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 5 Gaz Sensörü : DoğalGaz ve LPG’yı algılayan bir sensördür.
  • MQ- 6 Gaz Sensörü : LPG ve Bütan gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 7 Gaz Sensörü : Karbonmonoksit gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 8 Gaz Sensörü : Hidrojen gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 9 Gaz Sensörü : Karbonmonoksit ve Yanıcı gazları algılayan bir sensördür.

Yanıcı ve Normal Gazlar İçin

  • MQ- 131 Gaz Sensörü : Ozonu algılayan bir sensördür.
  • MQ- 135 Gaz Sensörü : Hava kalitesini algılayan bir sensördür.
  • MQ- 136 Gaz Sensörü : Hidrojen Sülfür gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 137 Gaz Sensörü : Amonyakı algılayan bir sensördür.
  • MQ- 138 Gaz Sensörü : Benzen, Toluen, Alkol, Aseton, Propan, Formaldehit ve Hidrojen gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 214 Gaz Sensörü : Metan ve Doğalgazı algılayan bir sensördür.
  • MQ- 216 Gaz Sensörü : Doğalgaz ve Kömür gazını algılayan bir sensördür.

Yanıcı Gazlar İçin

  • MQ- 303A Gaz Sensörü : Alkol, Etanol ve sigara dumanını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 306A Gaz Sensörü : LPG ve sigara Bütan gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 307A Gaz Sensörü : Karbonmonoksit gazını algılayan bir sensördür.
  • MQ- 309A Gaz Sensörü : Karbonmonoksit ve Yanıcı gazları algılayan bir sensördür.

Karbondioksit İçin

  • MG 811 Gaz Sensörü : Karbondioksit gazını algılayan bir sensördür.

Hava Sensörü İçin

  • AQ-104 Gaz Sensörü : Hava kalitesini algılayan bir sensördür.
  • AQ-2 Gaz Sensörü : Yanıcı gazları ve Sigara dumanını algılayan bir sensördür.
  • AQ-3 Gaz Sensörü : Alkol ve Benzini algılayan bir sensördür.
  • AQ-7 Gaz Sensörü : Karbonmonoksit gazını algılayan bir sensördür.

Sonuç olarak patlayıcı ve zehirleyici gazların yıkıcı etkilerine karşı alabileceğimiz önlemlerin başında gaz dedektörü kullanımı gelmektedir. Gaz dedektörlerinin içinde algılama işlemini yapan sensörler bulunmaktadır. Bu sensörler algılanacak gazın özelliğine ve algılama prensibine göre çeşitlilik göstermektedir. Gaz dedektörü seçimi yapılırken dedektörde bulunan sensörün algılanacak gaz için uygun olup olmadığı mutlaka kontrol edilmelidir.