Cù u rapidu sviluppu di tecnulugie cum'è l'Internet di e Cose è l'intelligenza artificiale, i sensori di gas, un impurtante dispositivu di rilevamentu cunnisciutu cum'è i "cinque sensi elettrici", stanu abbracciendu opportunità di sviluppu senza precedenti. Da u monitoraghju iniziale di gas industriali tossichi è dannosi à a so larga applicazione in a diagnosi medica, a casa intelligente, u monitoraghju ambientale è altri campi oghje, a tecnulugia di i sensori di gas hè in corsu di una prufonda trasfurmazione da una sola funzione à l'intelligenza, a miniaturizazione è a multidimensionalità. Questu articulu analizzerà in modu cumpletu e caratteristiche tecniche, l'ultimi progressi di a ricerca è u statutu di l'applicazione glubale di i sensori di gas, cù una attenzione particulare à e tendenze di sviluppu in u campu di u monitoraghju di gas in paesi cum'è a Cina è i Stati Uniti.
Caratteristiche tecniche è tendenze di sviluppu di i sensori di gas
Cum'è un cunvertitore chì cunverte a frazione di vulume di un gasu specificu in u signale elettricu currispundente, u sensore di gasu hè diventatu un cumpunente indispensabile è impurtante in a tecnulugia di rilevamentu muderna. Stu tipu d'equipaggiu processa campioni di gasu attraversu teste di rilevamentu, tipicamente cumprendendu passi cum'è a filtrazione di l'impurità è di i gasi interferenti, l'asciugatura o u trattamentu di refrigerazione, è infine a cunversione di l'infurmazioni di cuncentrazione di gasu in signali elettrichi misurabili. Attualmente, ci sò vari tipi di sensori di gasu nantu à u mercatu, cumpresi quelli di tipu semiconduttore, di tipu elettrochimicu, di tipu à combustione catalitica, sensori di gasu infrarossi è sensori di gasu di fotoionizazione (PID), ecc. Ognunu di elli hà e so caratteristiche è hè largamente utilizatu in i campi di test civili, industriali è ambientali.
A stabilità è a sensibilità sò i dui indicatori principali per valutà e prestazioni di i sensori di gas. A stabilità si riferisce à a persistenza di a risposta basica di un sensore durante tuttu u so tempu di travagliu, chì dipende da a deriva zero è da a deriva di l'intervallu. Idealmente, per i sensori di alta qualità in cundizioni di travagliu cuntinuu, a deriva zero annuale deve esse inferiore à u 10%. A sensibilità si riferisce à u rapportu trà u cambiamentu in l'output di u sensore è u cambiamentu in l'input misuratu. A sensibilità di i diversi tipi di sensori varia significativamente, principalmente secondu i principii tecnichi è a selezzione di i materiali chì adottanu. Inoltre, a selettività (vale à dì, a sensibilità incrociata) è a resistenza à a corrosione sò ancu parametri impurtanti per valutà e prestazioni di i sensori di gas. A prima determina a capacità di ricunniscenza di u sensore in un ambiente di gas mischiatu, mentre chì a seconda hè ligata à a tolleranza di u sensore in gas target ad alta concentrazione.
L'attuale sviluppu di a tecnulugia di i sensori di gas presenta parechje tendenze evidenti. Prima di tuttu, a ricerca è u sviluppu di novi materiali è novi prucessi hà cuntinuatu à approfondissi. I materiali tradiziunali à semiconduttori d'ossidu metallicu cum'è ZnO, SiO₂, Fe₂O₃, ecc. sò diventati maturi. I circadori stanu dopendu, mudificendu è mudificendu a superficia di i materiali sensibili à i gasi esistenti per mezu di metudi di mudificazione chimica, è migliurendu à tempu u prucessu di furmazione di filmi per migliurà a stabilità è a selettività di i sensori. Intantu, u sviluppu di novi materiali cum'è i materiali sensibili à i gasi à semiconduttori cumposti è ibridi è i materiali sensibili à i gasi polimeri hè ancu attivamente avanzatu. Quessi materiali mostranu una maggiore sensibilità, selettività è stabilità à diversi gasi.
L'intelligenza di i sensori hè un'altra direzzione di sviluppu impurtante. Cù l'applicazione riescita di e nuove tecnulugie di i materiali cum'è a nanotecnologia è a tecnulugia di film sottile, i sensori di gas stanu diventendu più integrati è intelligenti. Sfruttendu pienamente e tecnulugie integrate multidisciplinari cum'è a tecnulugia micromeccanica è microelettronica, a tecnulugia informatica, a tecnulugia di trasfurmazione di u signale, a tecnulugia di i sensori è a tecnulugia di diagnosi di i guasti, i circadori stanu sviluppendu sensori di gas intelligenti digitali cumpletamente automatichi capaci di monitorà simultaneamente parechji gasi. Un sensore multivariabile di tipu putenziale di resistenza chimica recentemente sviluppatu da u gruppu di ricerca di u prufessore assuciatu Yi Jianxin di u Laboratoriu Chjave Statale di Scienze di u Focu di l'Università di Scienze è Tecnulugia di Cina hè un rappresentante tipicu di sta tendenza. Stu sensore realizza a rilevazione tridimensionale è l'identificazione precisa di parechji gasi è caratteristiche di u focu da un unicu dispositivu 59.
L'arrayizazione è l'ottimisazione di l'algoritmi ricevenu ancu una attenzione crescente. A causa di u prublema di risposta à largu spettru di un unicu sensore di gas, hè propensu à interferenze quandu parechji gas esistenu simultaneamente. L'usu di parechji sensori di gas per furmà un array hè diventatu una suluzione efficace per migliurà a capacità di ricunniscenza. Aumentendu e dimensioni di u gas rilevatu, l'array di sensori pò ottene più signali, ciò chì hè propiziu à a valutazione di più parametri è à u miglioramentu di a capacità di ghjudiziu è di ricunniscenza. Tuttavia, à misura chì u numeru di sensori in l'array aumenta, aumenta ancu a cumplessità di l'elaborazione di i dati. Dunque, l'ottimisazione di l'array di sensori hè particularmente impurtante. In l'ottimisazione di l'array, i metudi cum'è u coefficientu di currelazione è l'analisi di cluster sò largamente aduttati, mentre chì l'algoritmi di ricunniscenza di gas cum'è l'Analisi di i Cumponenti Principali (PCA) è a Rete Neurale Artificiale (ANN) anu assai miglioratu a capacità di ricunniscenza di mudelli di i sensori.
Tavula: Cunfrontu di e prestazioni di i principali tipi di sensori di gas
Tipu di sensore, principiu di funziunamentu, vantaghji è svantaghji, durata di vita tipica
L'adsorbimentu di gas di tipu semiconduttore hà un costu bassu per cambià a resistenza di i semiconduttori, una risposta rapida, una scarsa selettività, è hè assai influenzatu da a temperatura è l'umidità per 2-3 anni.
U gasu elettrochimicu subisce reazzioni REDOX per generà corrente, chì hà una bona selettività è una alta sensibilità. Tuttavia, l'elettrolitu hà una usura limitata è una durata di vita di 1-2 anni (per l'elettrolitu liquidu).
A combustione di gas combustibile di tipu cataliticu provoca cambiamenti di temperatura. Hè specificamente cuncipita per a rilevazione di gas combustibile è hè applicabile solu à u gas combustibile per circa trè anni.
I gasi infrarossi anu una grande precisione in l'assorbimentu di a luce infrarossa di lunghezze d'onda specifiche, ùn causanu micca avvelenamentu, ma anu un costu elevatu è un vulume relativamente grande per 5 à 10 anni.
A fotoionizazione ultravioletta (PID) per a rilevazione di molecule di gas di COV hà una alta sensibilità è ùn pò micca distingue i tipi di cumposti per 3 à 5 anni.
Hè da nutà chì, ancu s'è a tecnulugia di i sensori di gas hà fattu prugressu cunsiderevuli, si trova sempre di fronte à qualchi sfide cumuni. A durata di vita di i sensori limita a so applicazione in certi campi. Per esempiu, a durata di vita di i sensori à semiconduttori hè di circa 2 à 3 anni, quella di i sensori di gas elettrochimichi hè di circa 1 à 2 anni per via di a perdita di elettroliti, mentre quella di i sensori elettrochimichi à elettroliti à statu solidu pò ghjunghje à 5 anni. Inoltre, i prublemi di deriva (cambiamenti in a risposta di u sensore in u tempu) è i prublemi di coerenza (differenze di prestazioni trà i sensori in u listessu batch) sò ancu fattori impurtanti chì limitanu a larga applicazione di i sensori di gas. In risposta à questi prublemi, i circadori, da una parte, sò impegnati à migliurà i materiali sensibili à i gas è i prucessi di fabricazione, è da l'altra parte, stanu cumpensendu o supprimendu l'influenza di a deriva di u sensore nantu à i risultati di misurazione sviluppendu algoritmi avanzati di trasfurmazione di dati.
I scenarii d'applicazione diversificati di i sensori di gas
A tecnulugia di i sensori di gas hà permeatu ogni aspettu di a vita suciale. I so scenarii d'applicazione anu dapoi longu trascendu u scopu tradiziunale di u monitoraghju di a sicurezza industriale è si stanu espandendu rapidamente in parechji campi cum'è a salute medica, u monitoraghju ambientale, a casa intelligente è a sicurezza alimentaria. Questa tendenza d'applicazioni diversificate ùn solu riflette e pussibilità purtate da u prugressu tecnologicu, ma incarna ancu a crescente dumanda suciale di rilevazione di gas.
Sicurezza industriale è monitoraghju di gas periculosi
In u duminiu di a sicurità industriale, i sensori di gas ghjocanu un rollu insustituibile, in particulare in l'industrie à risicu altu cum'è l'ingegneria chimica, u petroliu è l'estrazione mineraria. U "14esimu Pianu Quinquennale per a Pruduzzione Sicura di Sostanze Chimiche Periculose" di a Cina richiede chjaramente à i parchi industriali chimichi di stabilisce un sistema cumpletu di monitoraghju è d'alerta precoce per i gas tossichi è dannosi è di prumove a custruzzione di piattaforme intelligenti di cuntrollu di i risichi. U "Pianu d'Azione per a Sicurezza di u travagliu Internet Industriale Plus" incuragisce ancu i parchi à implementà sensori di l'Internet di e Cose è piattaforme d'analisi di l'IA per ottene un monitoraghju in tempu reale è una risposta coordinata à risichi cum'è e fughe di gas. Queste orientazioni pulitiche anu prumuvutu assai l'applicazione di sensori di gas in u duminiu di a sicurità industriale.
I sistemi muderni di monitoraghju di gas industriali anu sviluppatu una varietà di percorsi tecnichi. A tecnulugia di l'imaghjini di e nuvole di gas visualiza e perdite di gas presentendu visivamente e masse di gas cum'è i cambiamenti in i livelli di grisgiu di pixel in l'imagine. A so capacità di rilevazione hè ligata à fattori cum'è a cuncentrazione è u vulume di u gas persu, a differenza di temperatura di fondu è a distanza di monitoraghju. A tecnulugia di spettroscopia infrarossa à trasformata di Fourier pò monitorà qualitativamente è semiquantitativamente più di 500 tippi di gas, cumpresi quelli inorganici, organici, tossichi è dannosi, è pò scansà simultaneamente 30 tippi di gas. Hè adatta per i requisiti cumplessi di monitoraghju di gas in i parchi industriali chimichi. Queste tecnulugie avanzate, quandu sò cumminate cù i sensori di gas tradiziunali, formanu una rete di monitoraghju di a sicurezza di u gas industriale multilivello.
À u livellu specificu di implementazione, i sistemi di monitoraghju di gas industriali devenu rispettà una seria di norme naziunali è internaziunali. U "Standard di cuncepimentu per a rilevazione è l'allarme di gas infiammabili è tossichi in l'industria petrochimica" GB 50493-2019 di a Cina è a "Specificazione tecnica generale per u monitoraghju di a sicurezza di e fonti di periculu maiò di chimichi periculosi" AQ 3035-2010 furniscenu specifiche tecniche per u monitoraghju di gas industriali 26. À l'internaziunale, l'OSHA (Amministrazione di a Sicurezza è a Salute in u travagliu di i Stati Uniti) hà sviluppatu una seria di norme di rilevazione di gas, chì richiedenu a rilevazione di gas prima di l'operazioni in spazii cunfinati è assicurendu chì a cuncentrazione di gas dannosi in l'aria sia inferiore à u livellu sicuru di 610. E norme di a NFPA (Associazione Naziunale di Prutezzione contr'à l'Incendii di i Stati Uniti), cum'è NFPA 72 è NFPA 54, presentanu requisiti specifici per a rilevazione di gas infiammabili è gas tossichi 610.
Salute medica è diagnosi di malatie
U campu medicale è sanitariu hè diventatu unu di i mercati d'applicazione più promettenti per i sensori di gas. U gasu espiratu da u corpu umanu cuntene un gran numeru di biomarcatori ligati à e cundizioni di salute. Rilevendu questi biomarcatori, si pò ottene un screening precoce è un monitoraghju continuu di e malatie. U dispositivu portatile di rilevazione di acetone respiratorio sviluppatu da a squadra di u Dr. Wang Di di u Centru di Ricerca Super Perception di u Laboratoriu Zhejiang hè un rappresentante tipicu di sta applicazione. Stu dispositivu utilizza una via tecnologica culurimetrica per misurà u cuntenutu di acetone in u respiru espiratu umanu rilevendu u cambiamentu di culore di i materiali sensibili à u gasu, ottenendu cusì una rilevazione rapida è indolore di u diabete di tipu 1.
Quandu u livellu d'insulina in u corpu umanu hè bassu, ùn hè micca capace di cunvertisce u glucosiu in energia è invece di scumpone u grassu. Cum'è unu di i sottoprodotti dopu a scumpusizione di u grassu, l'acetone hè escreta da u corpu per via di a respirazione. U duttore Wang Di hà spiegatu 1. In paragone cù i testi di sangue tradiziunali, questu metudu di test di respirazione offre una megliu sperienza diagnostica è terapeutica. Inoltre, a squadra sviluppa un sensore di acetone in patch "à liberazione quotidiana". Questu dispositivu indossabile à pocu costu pò misurà automaticamente u gasu acetone emessu da a pelle 24 ore su 24. In u futuru, quandu hè cumminatu cù a tecnulugia di l'intelligenza artificiale, pò aiutà à a diagnosi, u monitoraghju è a guida di i medicamenti per u diabete.
Oltre à u diabete, i sensori di gas mostranu ancu un grande putenziale in a gestione di e malatie croniche è u monitoraghju di e malatie respiratorie. A curva di cuncentrazione di diossidu di carbonu hè una basa impurtante per ghjudicà u statu di ventilazione pulmonare di i pazienti, mentre chì e curve di cuncentrazione di certi marcatori di gas riflettenu a tendenza di sviluppu di e malatie croniche. Tradizionalmente, l'interpretazione di sti dati richiedeva a participazione di u persunale medicu. Tuttavia, cù u putere di a tecnulugia di l'intelligenza artificiale, i sensori di gas intelligenti ùn ponu micca solu rilevà i gasi è traccià curve, ma ancu determinà u gradu di sviluppu di a malatia, riducendu assai a pressione nantu à u persunale medicu.
In u campu di i dispusitivi sanitarii purtabili, l'applicazione di sensori di gas hè sempre in a so fase iniziale, ma e prospettive sò larghe. I circadori di Zhuhai Gree Electric Appliances anu signalatu chì, ancu s'è l'apparecchi domestici sò diffirenti da i dispusitivi medichi cù funzioni di diagnosi di e malatie, in u campu di u monitoraghju di a salute di a casa ogni ghjornu, i matrici di sensori di gas anu vantaghji cum'è u bassu costu, a non invasività è a miniaturizazione, ciò chì li face aspittà chì cumpariscinu sempre di più in apparecchi domestici cum'è apparecchi per l'igiene orale è toilette intelligenti cum'è suluzioni di monitoraghju ausiliariu è di monitoraghju in tempu reale. Cù a crescente dumanda di salute in casa, u monitoraghju di u statu di salute umana per mezu di l'apparecchi domestici diventerà una direzzione impurtante per u sviluppu di case intelligenti.
Monitoraghju ambientale è prevenzione è cuntrollu di l'inquinamentu
U monitoraghju ambientale hè unu di i campi induve i sensori di gas sò i più largamente applicati. Cù l'enfasi glubale nantu à a prutezzione ambientale chì cuntinueghja à cresce, a dumanda di monitoraghju di diversi inquinanti in l'atmosfera cresce ancu ghjornu dopu ghjornu. I sensori di gas ponu rilevà gasi dannosi cum'è u monossidu di carbonu, u diossidu di zolfu è l'ozonu, furnendu un strumentu efficace per u monitoraghju di a qualità di l'aria ambientale.
U sensore di gas elettrochimicu UGT-E4 di a British Gas Shield Company hè un pruduttu rappresentativu in u campu di u monitoraghju ambientale. Pò misurà accuratamente u cuntenutu di inquinanti in l'atmosfera è furnisce un supportu di dati puntuale è precisu per i dipartimenti di prutezzione ambientale. Stu sensore, per via di l'integrazione cù a tecnulugia di l'infurmazione muderna, hà ottenutu funzioni cum'è u monitoraghju remotu, u caricamentu di dati è l'allarme intelligente, aumentendu significativamente l'efficienza è a cunvenienza di a rilevazione di gas. L'utilizatori ponu seguità i cambiamenti in a cuncentrazione di gas in ogni mumentu è in ogni locu semplicemente per mezu di i so telefoni cellulari o computer, furnendu una basa scientifica per a gestione ambientale è l'elaborazione di pulitiche.
In termini di monitoraghju di a qualità di l'aria interna, i sensori di gas ghjocanu ancu un rollu impurtante. A norma EN 45544 emessa da u Cumitatu Europeu di Standardizazione (EN) hè specificamente per i testi di a qualità di l'aria interna è copre i requisiti di prova per diversi gas dannosi 610. I sensori cumuni di diossidu di carbonu, i sensori di formaldeide, ecc. in u mercatu sò largamente usati in residenze civili, edifici cummerciali è lochi di divertimentu publicu, aiutendu e persone à creà un ambiente internu più sanu è più cunfortu. In particulare durante a pandemia di COVID-19, a ventilazione interna è a qualità di l'aria anu ricevutu una attenzione senza precedenti, prumovendu ulteriormente u sviluppu è l'applicazione di tecnulugie di sensori cunnessi.
U monitoraghju di l'emissioni di carbone hè una direzzione d'applicazione emergente di i sensori di gas. In u cuntestu di a neutralità di u carbone glubale, u monitoraghju precisu di i gas serra cum'è u diossidu di carbone hè diventatu particularmente impurtante. I sensori di diossidu di carbone à infrarossi anu vantaghji unichi in questu campu per via di a so alta precisione, a bona selettività è a longa durata di serviziu. E "Linee guida per a custruzione di piattaforme intelligenti di cuntrollu di i rischi di sicurezza in i parchi industriali chimichi" in Cina anu elencatu u monitoraghju di i gas combustibili/tossichi è l'analisi di tracciamentu di e fonti di perdite cum'è cuntenuti di custruzione obligatorii, ciò chì riflette l'enfasi di u livellu puliticu nantu à u rolu di u monitoraghju di i gas in u campu di a prutezzione ambientale.
Casa Intelligente è Sicurezza Alimentare
A casa intelligente hè u mercatu di l'applicazione di cunsumu u più promettente per i sensori di gas. Attualmente, i sensori di gas sò applicati principalmente in apparecchi domestici cum'è purificatori d'aria è climatizzatori d'aria fresca. Tuttavia, cù l'introduzione di matrici di sensori è algoritmi intelligenti, u so putenziale d'applicazione in scenarii cum'è a cunservazione, a cucina è u monitoraghju di a salute hè gradualmente sfruttatu.
In termini di cunservazione di l'alimentu, i sensori di gas ponu monitorà l'odori sgradevoli liberati da l'alimentu durante a conservazione per determinà a freschezza di l'alimentu. I risultati di ricerche recenti mostranu chì, sia chì si utilizzi un solu sensore per monitorà a cuncentrazione di l'odore sia chì si aduttà una matrice di sensori di gas cumminata cù metudi di ricunniscenza di mudelli per determinà a freschezza di l'alimentu, sò stati ottenuti boni effetti. Tuttavia, per via di a cumplessità di i scenarii d'usu reale di u frigorifero (cum'è l'interferenze da l'utilizatori chì aprenu è chjudenu e porte, l'avviu è l'arrestu di i compressori, è a circulazione interna di l'aria, ecc.), è ancu l'influenza mutuale di vari gas volatili da l'ingredienti alimentari, ci hè sempre spaziu per migliurà a precisione di a determinazione di a freschezza di l'alimentu.
L'applicazioni di cucina sò un altru scenariu impurtante per i sensori di gas. Ci sò centinaie di cumposti gassosi prudutti durante u prucessu di cucina, cumpresi particelle, alcani, cumposti aromatichi, aldeidi, chetoni, alcooli, alcheni è altri cumposti organici volatili. In un ambiente cusì cumplessu, i matrici di sensori di gas mostranu vantaghji più evidenti cà i sensori singuli. I studii mostranu chì i matrici di sensori di gas ponu esse aduprati per determinà u statu di cucina di l'alimentu basatu annantu à u gustu persunale, o cum'è strumentu ausiliariu di monitoraghju dieteticu per signalà regularmente l'abitudini di cucina à l'utilizatori. Tuttavia, i fattori di l'ambiente di cucina cum'è l'alta temperatura, i fumi di cucina è u vapore acqueo ponu facilmente fà chì u sensore si "avveleni", chì hè un prublema tecnicu chì deve esse risoltu.
In u duminiu di a sicurezza alimentaria, a ricerca di a squadra di Wang Di hà dimustratu u valore potenziale di l'applicazione di i sensori di gas. U so scopu hè di "identificà decine di gas simultaneamente cù un picculu plug-in di telefuninu", è sò impegnati à rende l'infurmazioni nantu à a sicurezza alimentaria facilmente dispunibili. Stu dispusitivu olfattivu à matrice altamente integrata pò rilevà cumpunenti volatili in l'alimentu, determinà a freschezza è a sicurezza di l'alimentu, è furnisce riferimenti in tempu reale per i cunsumatori.
Tavula: Oggetti principali di rilevazione è caratteristiche tecniche di i sensori di gas in diversi campi d'applicazione
Campi d'applicazione, principali oggetti di rilevazione, tipi di sensori cumunemente usati, sfide tecniche, tendenze di sviluppu
Gas combustibile di sicurezza industriale, tipu di combustione catalitica di gas tossicu, tipu elettrochimicu, tolleranza à l'ambiente duru monitoraghju sincronu multi-gas, tracciamentu di a fonte di perdite
Acetone medicale è sanitariu, CO₂, COV di tipu semiconduttore, selettività è sensibilità di tipu culurimetricu, diagnosi purtabile è intelligente
Implementazione di una rete di stabilità à longu andà è trasmissione di dati in tempu reale per u monitoraghju ambientale di inquinanti atmosferichi è gas serra in forme infrarosse è elettrochimiche
Gas volatile per alimenti intelligenti per casa, tipu semiconduttore di fumu di cucina, capacità anti-interferenza PID
Per piacè cuntattate Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Situ web di a cumpagnia:www.hondetechco.com
Tel: +86-15210548582
Data di publicazione: 11 di ghjugnu 2025