Poglavlje 3
Kataliti
č
ki Zapaljivi
Gasni Senzori
Kataliti
č
ki senzori sa perlom se primarno
koriste za detekciju zapaljivih gasova. Oni se
koriste duže od 50 godina. Inicijalno, ovi
senzori su se koristili za monitoring gasova u
rudnicima uglja, gde su zamenili kanarince
koji su koriš
ć
eni jako dugo.
Sam senzor je prili
č
no jednostavane
konstrukcije i jednostavan je za izradu. U
najjednostavnijem obliku, kakvi su bili prvi
primerci, sastojali su se od jedne žice od
platine. Kataliti
č
ki senzori sa perlom su se
proizvodili širom sveta od strane velikog broja
proizvo
đ
a
č
a, ali osobine i pouzdanost ovih
senzora su se razlikovale od proizvo
đ
a
č
a do
proizvo
đ
a
č
a.
Princip Rada
Zapaljive gasne smeše ne
ć
e se upaliti sve dok ne dostignu temperaturu paljenja.
Me
đ
utim, u prisustvu odre
đ
enih hemijskih medijuma, gas
ć
e po
č
eti da sagoreva
ili da se pali pri nižim temperaturama. Ovaj fenomen je poznat pod imenom
kataliti
č
ko sagorevanje
. Ve
ć
ina metalnih oksida i njihova jedinjenja poseduju
ove kataliti
č
ke osobine.
Na primer, vulkansko stenje, koje se sastoji od razli
č
itih metalnih oksida, se
č
esto postavlja u loži
č
ta za gasno sagorevanje. Ovo se ne koristi samo u
dekorativne svrhe, ve
ć
ovo tako
đ
e pomaže proces sagorevanja i rezultuje
č
istijim i efikasnijim sagorevanjem u ložištu. Jedinjenja platine, paladijuma, i
tora su tako
đ
e izuzetni katalizatori sagorevanja. Ovo objašnjava zašto se u
izduvnim sistemima automobila ugra
đ
uju jedinjenja platine koja se nazivaju
kataliti
č
ki konvertori. Ova vrsta gasnih senzora se pravi na bazi kataliti
č
kog
principa, i zbog toga se nazivaju
kataliti
č
ki gasni senzori
.
Gasni molekuli oksidišu na kataliti
č
koj površini senzora na mnogo nižoj
temperaturi od temperature paljenja. Sa druge strane svi elektri
č
no provodni
materijali menjaju svoju provodnost pri promeni temperature. Ovo se naziva
temperaturni
koeficijent otpornosti
(Ct). On se izražava kao procenat promene
po stepenu promene u temperaturi.
Platina poseduje veliki Ct u pore
đ
enju sa ostalim metalima. Dodatno, njen Ct je
linearan izme
đ
u 500°C i 1000°C, što je temperaturni opseg u kome senzori
moraju raditi. Zbog linearnosti signala sa senzora, ovo zna
č
i da
ć
e o
č
itavanja
gasne koncentracije biti direktno proporcionalna sa elektri
č
nim signalom. Ovim
se popravlja preciznost i pojednostavljuje elektroniku.
Tako
đ
e, platina poseduje odli
č
ne mehani
č
ke osobine. Ona je fizi
č
ki jaka i može
se izvu
ć
i u tanko vlakno koje se ugra
đ
uje u male senzorske perlice.
Dalje, platina poseduje izuzetne hemiske osobine. Ona je otporna na koroziju i
može raditi na povišenim temperaturama tokom dugih vremenskih perioda bez
promene njenih fizi
č
kih osobina. Ona je u stanju da daje konstantni pouzdani
signal tokom dugog vremenskog perioda.
Elektri
č
no kolo koje se koristi za
merenje izlaza sa kataliti
č
kog senzora
se naziva
Vitstonov most
, u
č
ast
Engleskog fizi
č
ara i pronalaza
č
a Ser
Charles Wheatstone (1802-75).
Vitstonovi mostovi se
č
esto koriste u
mnogim elektri
č
nim mernim kolima.
Kao što je prikazano na slici 2,
č
etri
grane kola su raspore
đ
ene u kvadrat.
Izvor elektri
č
ne struje je povezan, i
izme
đ
u drugog para kontakata na
suprotnim uglovima je povezano
izlazno merno kolo.
U radu, R1 je trimer otpornik koji
održava most u ravnoteži. Uravnoteženi
most ne daje izlazni signal.
Vrednost otpora R
B
i trimer potenciometar R1 se biraju da poseduju relativno
visok otpor kako bi se obezbedio pravilan rad celokupnog kola. Kada gas
sagoreva na aktivnoj površini senzora, toplota sagorevanja izaziva porast
temperature, koja dalje menja otpor senzora. Pošto je most sada neuravnotežen,
napon razdešenja se meri kao signal. Bitno je da referentni senzor ili perla održi
konstantni otpor tokom izlaganja zapaljivim gasovima; u suprotnom, mereni
signal
ć
e biti neta
č
an.
Evolucija senzora.
Prvobitni kataliti
č
ki senzor je bila
platinska žica namotana u vidu
navojnice. Oblik navojnice, prikazan na
slici 3, se koristio za postizanje
kompaktne geometrije za efikasno
zagrevanje i za dobijanje dovoljno
jakog signala kako bi funkcionisao kao
gasni senzor.
Na žalost, uprkos izuzetnim fizi
č
kim i hemiskim osobinama platine, ona je loš
katalizator za sagorevanje Ugljovodoni
č
nih gasova.
