در محيط زندگی ما ممکن است آلاينده ها و گازهای بسياری وجود داشته باشد که در نهايت منجر به تخريب محيط زيست , ايجاد بارانهای اسيدی , اثرات گلخانه ای, تخريب لايه ازن و مسموميت های خطرناک در افراد شود . برای تشخيص اين گازها ومواد شيميايي به ابزاری نيازمنديم که بتوانيم آنها را تشخيص دهيم .که با ظهور وتکامل تکنولوژی ميکروالکترونيک در دهه 1970سنسورهای جديد مورد توجه قرار گرفتند و سنسورهای مختلفی با قيمت ارزان و کاربرد آسان توليد شد . اين سنسورهای با توجه به ويژگيها ومشخصه های منحصر به فرد خود, برای استفاده صحيح و بدون خطا نيازمند طراحی يک مدار ساده و دقيق با رعايت کامل نکات ايمنی برای مراقبت از سنسور و حفظ آن است, که در اين مقاله به آن می پردازيم.
سنسورها عموما رابط بين سيستم كنترل الكتريكي از يك طرف و محيط ، عمليات رشته كارها يا ماشين از طرف ديگر هستند . سنسوراطلاعات راجع به محيط از قبيل درجه حرارت، فشار، نيرو و غيره را تبديل به يك سيگنال الكتريكي مي نمايد. ازدياد سنسورها و مدارات الكتريكي تغيير شكل دهنده سيگنال , فرصت هاي مهيجي براي تعداد زيادي از كاربردها پديد آورد. بنابراين برهه زماني جديدي در زمينه سنسور در دهه ۱۹۸۰ شروع شد . اگر چه سنسورها به همراه علم ميكروالكترونيك پردازشگر اطلاعات يك گام مهم رو به جلو را عرضه مي دارد ليكن اين تنها اولين قدم است . در اين مرحله سنسورها از تعدادي از عناصر ميكروالكترونيك موجود براي مثال به شكل پردازشگرها، حافظه ها، مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال يا تقويت كننده ها، براي آماده نمودن سيگنال خروجي استفاده مي كنند. دومين گام نيز اتصال سنسور به بخش مكانيكي مي باشد.
اطلاعات حاصل شده توسط سنسور پس از عبور از يك طبقه پردازش سيگنال الكتريكي وارد بخش كنترل كننده مي شود. حال اگر از بحث قبل بگذريم وارد محيطي كه در آن زندگي مي كنيم بشويم ، ميبينيم كه در اين محيط گازها و آلايندهاي بسياري وجود دارند كه منبع توليد هر كدام از اين گازها وآلاينده ها، صنايع، منازل و اتومبيل ها ميباشند كه نتيجه آن براي محيط زيست, توليد باران هاي اسيدي، اثرات گلخانه هاي، تخريب لايه ازن و... ميباشد.روزنامه ايران مورخ ۱۳ مردادماه ۱۳۸۳ آماري در سه ماه اول سال جاري ارائه كرده بود كه گاز منواكسيد كربن جان ۱۴۰ تن را گرفت.به گزارش خبرنگار حوادث ايسنا، آمار فوت شدگان سه ماه اول سال جاري نسبت به سال گذشته در حوادث۲۳ در صد رشد داشته است. به گزارش روابط عمومي سازمان پزشكي قانوني كشور / مسموميت منواكسيد كربن ۸ ۷۰ در صد است. / ۹۹ تن از موارد مسموميت هاي منواكسيد كربن در مردان رخ داده است.
فلوشيپ سم شناسي باليني بيمارستان لقمان الدوله تهران، با اشاره به موارد مزمني كه افراد مجاورت گا ز قرارمي گيرند گفت : سردرد، تهوع و دردهاي عضلاني علا ئمي هستند كه به كرات در مسموميت مزمن اين گاز بروز م يكنند. اما چون شبيه بسياري از بيماريهاي ديگر است، افراد متوجه مسموميت خود با گاز نمي شوند. و يا نمون ههايي ديگر از اين مسموميت ها كه كارگران پالايشگاه ها ، يخچال سازها و يا در بيمارستانها و.....كه نه تنها از منوكسيد كربن بلكه از گازهاي ديگر نيز ناشي مي شود وجود دارد كه بيشتر افراد متوجه مسموميت خود از طريق استنشاق گاز نمي شوند. براي تشخيص و آشكارسازي اين گازها و مواد شيميايي به ابزاري نيازمنديم كه بتوا ن آنها را تشخيص داده و در صورت امكان بتوان با آنها مقابله كرد . يا حتي تشخيص نوع گاز مي تواند كمك بزرگي در مداوا فردي كه مسموم شده بكند. و همچنين تشخيص آلايند هها جهت محافظت محيط زيست بسيار ضروري و مهم است . تكنيك هاي تشخيص گاز كه تا سال ۱۹۹۵ از آنها استفا ده مي شد تكنيك هاي معمولي بوده اند. يك مشكل اساسي اين تكنيك ها پاسخ زماني بالا براي تشخيص گازها بود . در نتيجه براي رفع اين مشكل نياز به ابزاري با پاسخ زماني پايين حس ميشد. علاوه بر آن به ويژگي هايي از قبيل حساسيت بالا و دوام زياد نياز مي شد . پژوهشگران در اولين دهه ۱۹۵۰ دريافتند كه تغيير در تركيب گازهاي اطراف نيمه هادي مي تواند در هدايت الكتريكي آنها تاثير بگذارد در آن زمان اين اثر را در مورد ژرمانيوم تك كريستال بررسي كردند و آن را براي گازهاي مختلف اندازه گيري كردند و دريافتند كه ژرمانيوم حساسيت كمتري نسبت به گازهاي محيط دارد . اين بحث تحقيقات وسيعي را طلب مي كرد و به دنبال آن نيمه هادي هاي مختلف براي آشكارسازي گاز پيشنهاد شد. به دليل مشكل اندازه گيري حساسيت در سنسورهاي ساخته شده با اين نيمه هادي ها دانشمندان به اين نتيجه رسيدند كه دماي كار حسگر را بالا برده و در دمايي بالاتر از دماي اتاق، شرايط كار را براي حسگر فراهم آورند. با بالا بردن دماي سطح حسگرهاي گازي، حساسيت الكتريكي آنها نسبت به گازهاي مختلف افزايش پيدا كرد. و به دنبال آن باز مشكلات ديگري پيدا شد كه كاركرد آنها را مختل نمود . از جمله مهمترين اين مشكلات، اكسيد شدن سطح نيمه هادي بود . و با بروز اين مشكلات نيمه هاد يهاي ديگري شناسايي شدند كه نيمه هادي هاي اكسيدي در اولويت قرار گرفتند .__
سنسورها عموما رابط بين سيستم كنترل الكتريكي از يك طرف و محيط ، عمليات رشته كارها يا ماشين از طرف ديگر هستند . سنسوراطلاعات راجع به محيط از قبيل درجه حرارت، فشار، نيرو و غيره را تبديل به يك سيگنال الكتريكي مي نمايد. ازدياد سنسورها و مدارات الكتريكي تغيير شكل دهنده سيگنال , فرصت هاي مهيجي براي تعداد زيادي از كاربردها پديد آورد. بنابراين برهه زماني جديدي در زمينه سنسور در دهه ۱۹۸۰ شروع شد . اگر چه سنسورها به همراه علم ميكروالكترونيك پردازشگر اطلاعات يك گام مهم رو به جلو را عرضه مي دارد ليكن اين تنها اولين قدم است . در اين مرحله سنسورها از تعدادي از عناصر ميكروالكترونيك موجود براي مثال به شكل پردازشگرها، حافظه ها، مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال يا تقويت كننده ها، براي آماده نمودن سيگنال خروجي استفاده مي كنند. دومين گام نيز اتصال سنسور به بخش مكانيكي مي باشد.
اطلاعات حاصل شده توسط سنسور پس از عبور از يك طبقه پردازش سيگنال الكتريكي وارد بخش كنترل كننده مي شود. حال اگر از بحث قبل بگذريم وارد محيطي كه در آن زندگي مي كنيم بشويم ، ميبينيم كه در اين محيط گازها و آلايندهاي بسياري وجود دارند كه منبع توليد هر كدام از اين گازها وآلاينده ها، صنايع، منازل و اتومبيل ها ميباشند كه نتيجه آن براي محيط زيست, توليد باران هاي اسيدي، اثرات گلخانه هاي، تخريب لايه ازن و... ميباشد.روزنامه ايران مورخ ۱۳ مردادماه ۱۳۸۳ آماري در سه ماه اول سال جاري ارائه كرده بود كه گاز منواكسيد كربن جان ۱۴۰ تن را گرفت.به گزارش خبرنگار حوادث ايسنا، آمار فوت شدگان سه ماه اول سال جاري نسبت به سال گذشته در حوادث۲۳ در صد رشد داشته است. به گزارش روابط عمومي سازمان پزشكي قانوني كشور / مسموميت منواكسيد كربن ۸ ۷۰ در صد است. / ۹۹ تن از موارد مسموميت هاي منواكسيد كربن در مردان رخ داده است.
فلوشيپ سم شناسي باليني بيمارستان لقمان الدوله تهران، با اشاره به موارد مزمني كه افراد مجاورت گا ز قرارمي گيرند گفت : سردرد، تهوع و دردهاي عضلاني علا ئمي هستند كه به كرات در مسموميت مزمن اين گاز بروز م يكنند. اما چون شبيه بسياري از بيماريهاي ديگر است، افراد متوجه مسموميت خود با گاز نمي شوند. و يا نمون ههايي ديگر از اين مسموميت ها كه كارگران پالايشگاه ها ، يخچال سازها و يا در بيمارستانها و.....كه نه تنها از منوكسيد كربن بلكه از گازهاي ديگر نيز ناشي مي شود وجود دارد كه بيشتر افراد متوجه مسموميت خود از طريق استنشاق گاز نمي شوند. براي تشخيص و آشكارسازي اين گازها و مواد شيميايي به ابزاري نيازمنديم كه بتوا ن آنها را تشخيص داده و در صورت امكان بتوان با آنها مقابله كرد . يا حتي تشخيص نوع گاز مي تواند كمك بزرگي در مداوا فردي كه مسموم شده بكند. و همچنين تشخيص آلايند هها جهت محافظت محيط زيست بسيار ضروري و مهم است . تكنيك هاي تشخيص گاز كه تا سال ۱۹۹۵ از آنها استفا ده مي شد تكنيك هاي معمولي بوده اند. يك مشكل اساسي اين تكنيك ها پاسخ زماني بالا براي تشخيص گازها بود . در نتيجه براي رفع اين مشكل نياز به ابزاري با پاسخ زماني پايين حس ميشد. علاوه بر آن به ويژگي هايي از قبيل حساسيت بالا و دوام زياد نياز مي شد . پژوهشگران در اولين دهه ۱۹۵۰ دريافتند كه تغيير در تركيب گازهاي اطراف نيمه هادي مي تواند در هدايت الكتريكي آنها تاثير بگذارد در آن زمان اين اثر را در مورد ژرمانيوم تك كريستال بررسي كردند و آن را براي گازهاي مختلف اندازه گيري كردند و دريافتند كه ژرمانيوم حساسيت كمتري نسبت به گازهاي محيط دارد . اين بحث تحقيقات وسيعي را طلب مي كرد و به دنبال آن نيمه هادي هاي مختلف براي آشكارسازي گاز پيشنهاد شد. به دليل مشكل اندازه گيري حساسيت در سنسورهاي ساخته شده با اين نيمه هادي ها دانشمندان به اين نتيجه رسيدند كه دماي كار حسگر را بالا برده و در دمايي بالاتر از دماي اتاق، شرايط كار را براي حسگر فراهم آورند. با بالا بردن دماي سطح حسگرهاي گازي، حساسيت الكتريكي آنها نسبت به گازهاي مختلف افزايش پيدا كرد. و به دنبال آن باز مشكلات ديگري پيدا شد كه كاركرد آنها را مختل نمود . از جمله مهمترين اين مشكلات، اكسيد شدن سطح نيمه هادي بود . و با بروز اين مشكلات نيمه هاد يهاي ديگري شناسايي شدند كه نيمه هادي هاي اكسيدي در اولويت قرار گرفتند .__
3 ، H2 ،O2 ،Co2 ، Co و... به عنوان حسگرهاي گازهايي نظير V2o5 ،Mgcr2o4 ،Tio2 ، Sno2 ، In2o3 ،Wo
2 آزمايش ميزان الكل در تنفس، كنترل فرآيند تخمير، كنترل تهويه براي منازل و صنايع ، H2so4 ، H2s ، So كشاورزي و مرغداري، آشكارسازي نشتي آمونياك در يخچال و آشكارسازي گا زهاي خانگي (متان ،بوتان وپروپان) به كار مي رود. هر كدام از كاربرد هاي فوق ، ويژگيها، خصوصيات و تكنولوژي منحصر به فردي را براي سنسور طلب خواهد كرد .فناوري هايي كه براي ساخت سنسورهاي نيمه هادي به كار مي رود عبارتند از فناوري فيلم نازك وضخيم بيولوژيك ، فيبر نوري، ليز نوري، ميكروويو و ... فناوريهاي از قبيل پليمر و آلياژهاي ،(Sinter) سينتر ، ( Foil) ،فويل فلزي با مواد پيزوالكتريك نيز نقش مهمي را در توليد سنسور ها بازي مي كنند . ولي اساس و پايه ساخت تمام سنسورها همان فناوري ميكروالكترونيك مي باشد. زمينه هاي اصلي كاربرد سنسورهاي نيمه هادي همگي تهيه گاز نصب شده به طور خانگي، سيستمهاي اخطار براي تشخيص گازها در پالايشگاه ها و صنايع ديگر، براي آزمايش ميزان الكل در تنفس و .... مي باشد .سنسورهاي نيمه هادي كه تغييرات در سطح مقاومت را شناسايي مي كنند
همچنين براي اندازه گيري رطوبت نسبي نيز بكار مي رود. شناخته شده ترين سنسورهاي گازي سنسورهاي گازي تاگوچي TGS است كه برپايه SnO مي باشد و توسط شركت فيگارو ٢ ژاپن توليد م ي شود . شركت فيگارو در توليد سنسورهاي گاز موفق بوده و انواع مختلفي از سنسورهاي گاز توليد كرده (با كد از هم متمايز شده اند)كه داراي كاربرد ها وخصوصيات گوناگوني هستند .
2- سنسورهاي گاز TGS ( آشكارسازهاي گازهاي متراوش سمي ومنفجره) :
فناوري به كاربرده شده در سنسورهاي TGS فناوري فيلم ضخيم نيمه هاد ي هاي اكسيد فلزي مي باشد .اين سنسورها با قيمت كم ،عمر طولاني وحساسيت خوب در صورتيكه در يك مدار الكتريكي مناسب باياس شود توسط شركت فيگارو عرضه مي شود .
عملكرد:
ماده حسگر سنسورهاي گازTGS اكسيد فلز، معمولا SnO2. مي باشد وقتي كه اكسيد فلز مانند SnO2 در دماي بالاي معين هوا گرم شود، اكسيژن روي سطح كريستال، با يك بار منفي به صورت سطحي جذب مي شود . سپس الكترونهاي دهنده در سطح كريستال با اكسيژن جذب شده سطحي م بادله مي شوند ،كه منجرب به از دست رفتن بارهاي مثبت در فضاي لايه بار مي شود. بنابرين پتانسيل سطحي براي فراهم كردن يك سد پتانسيل در خلاف شارش الكترونها ايجاد میشود درون سنسور، در قسمت اتصال مرز ذرات ميكروكريستال هاي SnO2 يك جريان الكتريكي شارش مي يابد. در مرزهاي ذرات، اكسيژن جذب شده سطحي، يك سد پتانسيلي براي جلوگيري از حركت آزادانه حاملها بوجود مي آورد. مقاومت الكتريكي سنسور نيز با اين سد پتانسيل نسبت دارد. در صورت وجود يك گاز احياءكننده چگالي سطحي اكسيژن باردارشده با بار منفي كاهش مي يابد كه منجرب به كاهش ارتفاع سد پتانسيل در مرز ذرات می شود.
همچنين براي اندازه گيري رطوبت نسبي نيز بكار مي رود. شناخته شده ترين سنسورهاي گازي سنسورهاي گازي تاگوچي TGS است كه برپايه SnO مي باشد و توسط شركت فيگارو ٢ ژاپن توليد م ي شود . شركت فيگارو در توليد سنسورهاي گاز موفق بوده و انواع مختلفي از سنسورهاي گاز توليد كرده (با كد از هم متمايز شده اند)كه داراي كاربرد ها وخصوصيات گوناگوني هستند .
2- سنسورهاي گاز TGS ( آشكارسازهاي گازهاي متراوش سمي ومنفجره) :
فناوري به كاربرده شده در سنسورهاي TGS فناوري فيلم ضخيم نيمه هاد ي هاي اكسيد فلزي مي باشد .اين سنسورها با قيمت كم ،عمر طولاني وحساسيت خوب در صورتيكه در يك مدار الكتريكي مناسب باياس شود توسط شركت فيگارو عرضه مي شود .
عملكرد:
ماده حسگر سنسورهاي گازTGS اكسيد فلز، معمولا SnO2. مي باشد وقتي كه اكسيد فلز مانند SnO2 در دماي بالاي معين هوا گرم شود، اكسيژن روي سطح كريستال، با يك بار منفي به صورت سطحي جذب مي شود . سپس الكترونهاي دهنده در سطح كريستال با اكسيژن جذب شده سطحي م بادله مي شوند ،كه منجرب به از دست رفتن بارهاي مثبت در فضاي لايه بار مي شود. بنابرين پتانسيل سطحي براي فراهم كردن يك سد پتانسيل در خلاف شارش الكترونها ايجاد میشود درون سنسور، در قسمت اتصال مرز ذرات ميكروكريستال هاي SnO2 يك جريان الكتريكي شارش مي يابد. در مرزهاي ذرات، اكسيژن جذب شده سطحي، يك سد پتانسيلي براي جلوگيري از حركت آزادانه حاملها بوجود مي آورد. مقاومت الكتريكي سنسور نيز با اين سد پتانسيل نسبت دارد. در صورت وجود يك گاز احياءكننده چگالي سطحي اكسيژن باردارشده با بار منفي كاهش مي يابد كه منجرب به كاهش ارتفاع سد پتانسيل در مرز ذرات می شود.
اين متن به سفارش وبسايت پارسيان الكتريك لاله زار بخش مقالات برق و الكتريك گردآوري شده است.شمارگان 183