Sensores a gás

Páginas: 10 (2485 palavras) Publicado: 7 de abril de 2013
Sensores de Gás
Introdução
Os princípios mais comuns de sensores de gás são os sensores de gás infravermelho nãodispersivos (NDIR), que são usados principalmente para a detecção de CO2, sensores de ionização
(PIDs e FIDs) e sensores químicos de gases.
Os sensores NDIR são sensores espectroscópicos para detectar CO2 num ambiente gasoso
pela sua absorção característica. Seus componentesprincipais são uma fonte de infravermelhos, um
tubo de luz, um filtro de interferência (comprimento de onda), e um detector de luz infravermelha.
O gás é bombeado ou difunde para dentro do tubo de luz e o sensor mede a absorção do
comprimento de onda característico da luz. Os melhores sensores desse tipo têm sensibilidades de
até 20-50 ppm. Novos desenvolvimentos incluem o uso de sistemasmicroeletromecânicos para
derrubar os custos desse sensor e criar pequenos dispositivos (por exemplo, para uso em aplicações
de ar condicionado). Sensores de CO2 infravermelhos também são usados para medir CO2
dissolvido para aplicações tais como carbonatação de bebidas e fermentação farmaceutica.
A fotoionização e a ionização de chama são técnicas usadas para sistemas de cromatografia
gasosa emambientes laboratoriais. Essas técnicas possuem uma boa sensitividade e uma ampla
faixa dinâmica linear. Eles podem detectar um grupo químico de compostos que podem ser
ionizados e o resultado é o total dos compostos detectados pela amostra. Um metodo de separação
de compostos antes da detecção é necessária para fornecer uma potêncial identificação de um
composto individual ao sensor.
Os sensoresquímicos de gás de CO2 têm como principais vantagens baixo consumo de
energia e podem ser reduzidos em tamanho para se encaixar em sistemas microeletrônicos. Em
contrapartida, possui uma vida útil muito baixa quando comparados com o princípio de medição
infravermelha.

Sensores de Gás Infravermelhos não-dispersivos (NDIR)

Figura 1: Sensores NDIR
Um sensor NDIR (Figura 1) é usado paramonitorar concentrações de CO2. A maioria das
moléculas conseguem absorver luz infravermelha. A quantidade de luz infravermelha absorvida é
proporcional a concentração do gás. A energia dos fótons não é o suficiente para causar ionização, e
portanto, o princípio de deteção é bem diferente do detector por photoionozação (PID). A energia é
convertida em energia cinética, fazendo com que as moléculasacelerem e assim esquentando o gás.
Uma fonte de luz infravermelha conhecida são as lampadas incandescentes. Cada molécula absorve
a luz infravermelha no comprimento de onda correspondente a cada tipo de composto. A figura 2
mostra um esquema básico de como funciona esse tipo de sensor.

Figura 2: Esquema básico de um sensor NDIR
Por exemplo, o CO2 absorve comprimento de ondas de4.26um(Figura 2). Já as ligações CH absorvem comprimentos de onda na faixa de 3.3-3.5um(Figura 3), dependendo da estrutura
restante da molécula. A asorvência do CO2 é única e portanto muito seletiva. Em contraste, muitos
compostos têm ligações C-H similares e esta absorvência é adequada para detectar muitos tipos de
hidrocarbonetos de forma não seletiva. Comparando as figuras 3 e 4, podemos ver que nãohá
interferência na medição de CO2 pela absorvência da gasolina, pois a gasolina não absorve
comprimentos de onda de 4.26um. A absorvência de um gás é diretamente proporcional a sua
concentração, de acordo com a lei de Lambert-Beer:

Onde Io é a intensidade de luz inicial emitida pela fonte (medida em ar puro), I é a
intensidade da luz que chega ao detector (com uma amostra do gás persente), Aé a absorvência, ε é
o coeficiente de extinção molar e l é o comprimento do caminho percorrido pela luz pela amostra e
c é a concentração. Como l e ε são fixos, medindo a intensidade da luz antes e depois da amostra
nos permite encontrar a concentração do gás.

Figura 3: Absorvência do CO2

Figura 4: Absorvência da gasolina
A figura 5 mostra a vista superior de um tipo de sensor NDIR...
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