Table of Contents
חיישנים אורגניים של Volatile דורשים תנאים תעשייתיים
תרכובות אורגניות וולטיל (VOCs) הן כימיקלים המבוססים על פחמן כי לעתים קרובות מתאמת בטמפרטורת החדר.בסביבות תעשייתיות, VOCs מקורם מצבעים, מעצורים, דבקים, דלקים, סוכני ניקוי, ותהליכים כימיים. Prolonged חשיפה ל-VOCs יכול לגרום לבעיות סביבתיות, אתגרים נוירולוגיים ואפילו סרטן, מה שהופך את אבן הפינה של עיסוקים ובטיחות מהירה, הדורשת, תהליכים כימיים.
אתגרים מרכזיים ב-Reloying VOC Sensors in Harsh Industrial Settings
סביבות תעשייתיות מציגות שילוב של מתחים שיכולים להתפשר על ביצועי חיישן.הבנה של אתגרים אלה היא הצעד הראשון בעיצוב חיישנים ששורדים ומספקים נתונים אמינים לאורך שנים של פעולה.
מתח כבד וטמפרטורות רחבות Swings
תהליכים תעשייתיים רבים פועלים בטמפרטורות הרבה מעבר לטווח האלקטרוניקה הצרכני האופייני.חיישנים הממוקמים ליד פרוות, כורים, או ערמות ממצה עשויים לחוות חום מתמשך מעל 100°C, בעוד מתקנים בחוץ באקלים קר יכולים לטבול מתחת -20 ו-Deg; C. טמפרטורה יש צורך בתכונות חשמליות של חומרים מחישה, בסיס, וכימיקלים קינטיים של אינטראקציות גז ללא פתורים אלה, יש צורך לכלול חיישנים יציבים.
הומור גבוה והסכמה
הומוריזם הוא גורם התערבות גדול עבור טכנולוגיות VOC רבות חישה. מולקולות מים יכול להתחרות עם משככי מטרה עבור אתרי מודעות, לשנות את מוליכות של סרטי תחמוצת מתכת, או condense על רכיבים עדינים ולגרום מעגלים קצרים.בסביבות כגון מ"ט נייר, צמחי עיבוד מזון, מגדלי קירור, שגרת לחות יחסית עולה על 90%.
זיהום כימי וקורוזיה
אטמוספירה תעשייתית מכילה לא רק VOCs אלא גם גזים תגובתיים כמו מימן sulfide, chlorine, ammonia ו sulfur דו-חמצני. תרכובות קורוזיות אלה יכולות לתקוף אלקטרודות, substrates, ודיור.אפילו ריכוזים נמוכים במשך חודשים יכולים לקלקל ביצועים. ציפויים מוגנים עשויים מפולימרים כימיים (למשל, PTFE, , חיישנים חיוניים), או חיישנים קרמיקה, הם חיישנים חיוניים אחרים.
המונחים: noise Matter and Dust Accumulation
אבק, סווט, ובודדות אוויריות נפוצים בכרייה, ייצור מלט, מתכת עבודה וחקלאות. חלקיקים יכולים clog חיישן inlets, לחסום את דיפוזיה גז, ומשטחים רגישים פיזית המוח. בחיישנים אופטיים VOC, אבק מתפזר אור ומפחית את עוצמת האותות של עיצובים רעועים מתכת, רוכבים לפני הפריקים, או ניקוי זמני כדי להבטיח זמני כדי להבטיח את רכיבי הגנה נאותה.
כישוף וזעזוע
מכונות כבדות, דחוסים וכלי רכב לייצר רטט מתמשך שיכולה להיות מפרקים מוכרים, מחברים רופפת, ונזק במערכות מיקרו-אלקטרוניקה-אלקטרוניקה שבריריות (MEMS) חיישנים מותקנים על זרועות רובוטיות, חגורות מסרור, או ציוד נייד ניסיון עומסים במהלך המבצע. חיישנים VOCable להשתמש באריזה מחוספס, ציפויים תואמים על לוחות מעגלים מודפסים, וזעזועים-מדומים המבוססים על סיליקון, אשר ניתן לחזק חומרים מקודמים, אשר ניתן לנפץ, אשר ניתן לחזק אותם עם חומרים מקודמים, 000.
ההבדל בין non-Target Gases
אוויר תעשייתי מכיל תערובת מורכבת של גזים. A חיישן שהונדסה בנזאן עשוי להגיב גם toluene, xylene, או אתנול, המוביל לאי רגישות לחצות. בעודסלקטיביות היא מטרה עיקרית, כמה רמה של התערבות היא בלתי נמנעת בסביבות מרובות-קודמות. חיישנים דורנטיים עשויים להשתמש במערך של אלמנטים סלקטיבית חלקית בשילוב עם אלגוריתמים של זיהוי ל- VOCs, באופן חלופי, או מסנמיטרנטיבות, או ממוסמונים, יכולים להוסיף מורכבות.
Power Constraints in Remote Locations
אתרים תעשייתיים רבים חסרים גישה קלה לעיקור חשמל ונתונים.חיישנים הממוקמים על צינורות, מיכלי אחסון או בחללים מוגבלים חייבים לפעול על סוללות או קצירת אנרגיה. צריכת חשמל הופכת גורם עמידות כי שינויים תכופים סוללה או מחזורים חוזרים להפריע ניטור ולהגדיל את עלויות תחזוקה.
חדשנות חומרית נהיגה Durable VOC Sensor Development
ההתקדמות האחרונה בחומרים מדע הפיקה שכבות רגישות גבוהה המשלבות יציבות יוצאת דופן בתנאים קשים.חומרים אלה מעצבים מחדש את היכולות של חיישני תעשייה מסחריים.
גרפן ושני חומרים דימונים
(המבנה המונוקל של Graphene מספק יחס גבוה במיוחד פני השטח עד לנפח, מה שהופך אותו רגיש מאוד למולקולות לחות.פריסטין גרפן, עם זאת, חוסרסלקטיביות. החוקרים פיתחו נגזרות גרפיות פונקציונליות ו-mdash; כגון חיישנים מופחתים של גרפן oxide (rGO) מעוטרים ב-Monoparticles &mash; זה מראה תגובות חזקות ל-Fo-Fo-Fo-Fo-Fu) חיישנים מסוימים, בעודם, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חיישנים מכניות, 000 חיישנים מכניות, 000, 000, 000, 000, 000 חיישנים מכניות, 000, 000 חיישנים מכנית, 000 חיישנים מכנית, 000 חיישנים מכנית, 000 חיישנים מכנית, 000, 000, 000, 000, 000 חיישנים חיישנים חיישנים מכנית, 000 שטף, 000 אימונים, 000 אימונים, 000
Metal Oxide Nanostructures
Semiconducting מתכת תחמוצות כמו tin דו תחמוצת (SnO2), tungsten trioxide (WO3), ו- indium oxide (In2O3) היו חומרי הגילוח של VOC sensing במשך עשרות שנים.הניתוח שלהם מסתמך על שינויים בגלידת חשמל כאשר מודעות היעד על פני השטח.ה את היציבות בטמפרטורות גבוהות והפחתה הנגרמת על ידי פעילות גופנית, בנוסף לדלקת מפרקים פעילה יותר.
פולימרים ופריטימור
פולימרים מוליכים כגון פולינילין, פוליפיראטול, ו PEDOT:PSS מציעים גמישות ותהליך של החדר אבל היסטורית סבלה מיציבות ארוכת טווח עניים.נוסחאות חדשות כי לחצות קישור לרשתות פולימרים או להטביע אותם במטריקס איורגוני חזק (למשל, ננופסים דו-חמצני) שיפרו עמידות תרמית וכימיקלית.
קידוד מוגן ותפקודי
אפילו היתרונות החומריים היציבים ביותר של חישה משכבה מגן שממסנן חלקיקים וגזים קורוזיים ללא חסימת VOCs. Zeolite ציפויs יעילים מאוד כי מיקרו-פוחיות המדים שלהם מאפשרים למולקולות בהתבסס על גודל וצורה כדי לעבור בזמן שדחה של contaminants גדולים יותר. Silane-a מאגדות עצמיות מבוססות יכול להקנות הידרופוביות, למנוע זיהום מים על פני שכבת אטומית (Dolware)
הנדסה Robust חיישן Enclosures ואלקטרוניקה
האלמנט החישה הוא רק חלק אחד של חיישן VOC עמיד. האלקטרוניקה הסובבת, חיבורים ודיור חייבים לעמוד באותם קיצוניות סביבתיים.
חסם ופורצים
דיור החיישן התעשייתי מדורג על ידי קודים הגנת הגבולות (IP) עבור סביבות מאובקות רטובות, IP66 או IP67 (dust-tight ו-jet-הוכחה או זמניות) הוא טיפוסי.עבור אזורים עם אטמוספירה קורוזית, המתחם עשוי מ-316L נירוסטה פלדה או Hastelloy מועדפים. Explosion-הוכחה דיור הם חובה מסוכנים שבו VOC עשוי להגיע לריכוזים פנימיים רגישים לכל מוקדים רגישים.
ניהול ארס
אלקטרוניקה מייצרת חום, ובסביבות חמות, טמפרטורות בתוך המתחם יכולות לעלות על גבולות בטוחים לסוללות ומיקרובקרים. תכונות קירור פסיביות כגון כיור חום, דרך תרמית, וסיוע מיקום רכיב זהיר.עבור חיישנים שמחממת במכוון את האלמנט החישה (למשל, חיישני מתכת חמצני), בידוד תרמי הוא קריטי למנוע חום להתפשט לאלקטרוניקה תומכת.
התנגדות וחיבור מחדש
ציפויים וציפויים תואמים להגן על המפרקים והחוטים של עייפות מושרה רטט.עבור חיישנים כי צריך להיות משתנה, באיכות גבוהה IP68 מחובר עם מנגנונים מנע ניתוק מקרי. כמה עיצובים לחסל חוטים לחלוטין על ידי שימוש הפיכה ללא מגע ללא מגע עבור כוח ועברת נתונים, אשר גם סימולטורים חלופיים באזורים מסוכנים.
מודולריות ותחזוקת שדה
חיישניים דוריים נועדו לאדריכלות קלה של servicing.A. A מודולרית שבה האלמנט החישה, המסנן והאלקטרוניקה הם יחידות נפרדות שניתן להחליף שדה מופחתת בזמן למטה.לדוגמה, ראש חיישן ששורף על בסיס קבוע מאפשר החלפת מהירה של האלמנט המבזבז ללא פיגור. גישה זו נפוצה גלאי גז מסחריים המשמשים בתעשיית הנפט והגז.
עידוד חיישנים Accuracy ו-Longevity עם עיבוד אותות
שיפורים חומריים וחומרה לבדם אינם מספיקים ללא עיבוד אותות אינטליגנטיים כדי לחלץ מדידות אמינות מפלטי חיישן רועשים או סחוטים.
טמפרטורה וכבדות
חיישנים חד תחמוצת מתכת רבים מציגים שינויים התנגדות בסיס של עד כמה מאות אחוזים על טווח הטמפרטורה והלחות שלהם. אלגוריתמים מתקדמים משתמשים בטמפרטורת לוח ולחות לקריאה כדי מודל ו subtract אפקטים אלה. טבלאות חיפוש הנגזרות מ ⁇ נרחבים בתאי הסביבה לספק פיצוי על טווח ההפעלה המלא. חלק מהמעבדים משתמשים ברשתות עצביות כדי ללמוד את התקשורים הלא לינאריים, ובכך להשיג ביצועים דומים לכלי מעבדה.
תיקון בסיס אוטומטי (ABC)
במהלך חודשים של פעולה, הרעלת הדרגתית של פני השטח או ההזדקנות של רכיבים גורמת סחף בסיס אוטומטי אלגוריתמים תיקון בסיס אוטומטי לפקח תקופות של אוויר נקי (הזהה על ידי וריאציות אות נמוך) ומדי פעם לעדכן את קו הבסיס. כאשר חיישן אינו מזהה ריכוז VOC משמעותי עבור חלון VOC עבור חלון תצורה תצורה ⁇ , הוא איפוס נקודה אפס.
הערכה עצמית ובדיקות בריאות
משתמשים תעשייתיים צריכים לבטוח בחיישנים שלהם.Build-in אבחון יכול לזהות כשלים תנורי חום, מעגלים קצרים, או השפלה של אלמנט החישה.לדוגמה, על ידי מדידה של התנגדות של עקבות תנור חום או הפעלת דופק גז בדיקה פנימי, החיישן יכול לדווח על מצב הבריאות שלו.זה אבחון עצמי תוקף אנשי תחזוקה לפני החיישן מייצר נתונים לא חוקיים.
ספין-פיוז'ן עם חיישנים סביבתיים
שילוב של VOC קורא עם נתונים מחומר חלקיקים (PM), טמפרטורה, לחות וחיישנים מהירות רוח יוצר תמונה מקיפה של איכות אוויר. אלגוריתמי היתוך נתונים יכול להפחית את האזעקות שקריות הנגרמות על ידי אירועים טרנספורמטיביים ולשפר את ה Localization של המקור. לדוגמה, עלייה פתאומית ב VOCs כי הוא תואם עם עלייה טמפרטורה וכיוון רוח יכול להיות מחובר כדי לאשר אירוע אמיתי ולא חיישן משולב זה הוא יותר ויותר.
טכנולוגיות מתפתחות: Wireless, IoT, וחיישנים חזקים
המגמה לתעשיית 4.0 והאינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT) היא דרישה לחיישנים מחוברים של VOC, קלים לפרוס ולתחזק.
אפשרויות קישוריות Wireless
פרוטוקולים אלחוטיים כגון LoRaWAN, NB-IoT, ו-Bluetooth Low Energy מתאימים היטב לרשתות חיישן תעשייתיות. LoRaWAN מספק טווח ארוך (עד כמה קילומטרים) עם צריכת חשמל נמוכה מאוד, אידיאלי עבור זיכופים או קומפלקסים קטנוכימיים. Zigbee ו-Tam הם חלופות עבור רשתות mesh בסביבות פנימיות.
אנרגיה למבצע ללא תחזוקה
החלפת סוללות באלפי חיישנים ברחבי צמח היא יקרה וכבדה.אנרגיה קצירת השמש, ⁇ תרמיים, או רטט מכני מציע נתיב לחיישנים אוטונומיים באמת.עבור VOC שכבר דורש חימום צנוע (כמו סוגים של תחמוצת מתכת), מחזורי פסולת מהתהליך עצמו יכול להיות rererererererereative גנרטורים.
אינטגרציה ו- Predictive Analytics
חיישני VOC אלחוטיים המזרים נתונים לענן מאפשרים ניטור בזמן אמת על פני מיקומים רבים.הנתונים ההיסטוריים בשילוב עם למידת מכונה יכולים לחזות מתי רמות VOC צפויות לעלות על גבולות בטוחים המבוססים על לוחות הזמנים של ייצור, דפוסי מזג אוויר, או כשלים בציוד. יכולת חיזוי זה מאפשר הפחתה פעילה.לדוגמה, רשת חיישן בחנות צבע עשויה להזהיר את מפעילי להחליף מסנן כושל לפני שרטוטים של VOC מפשטו גם את ה-Cloud או את ה-EPA.
מגמות עתידיות ואפקטי תעשייה
תחום חיישני ה-VOC עמיד ממשיך להתפתח, מונע על ידי תקנות מחמירות יותר, הצורך בבטיחות העובד, והדחף לעבר תהליכים תעשייתיים של אפס פליטה.
נהגי מילואים
גבולות החשיפה של הכיבוש (OELs) עבור VOCs מתדקים במדינות רבות.הממשל האמריקאי לבטיחות ולבריאות (OSHA) והמכון הלאומי לבטיחות ולבריאות (NIOSH) מספקים הנחיות למגבלות חשיפה אפשריות (PELs) ומגבלות החשיפה המומלצת (RELs) לתקנות VOCs בודדים., שכן הגבולות האלה הופכים להיות יותר נוקשים, חייב לזהות חיישנים מסוכנים של קווי ניטור XFSL) בנוסף לתקנות אוויריים בלתי SL.
שילוב עם מערכות בטיחות
חיישני VOC משולבים במערכות בטיחות צמחיות שמעודדות אזעקה, ניתוק או ventilation התאמות באופן אוטומטי.עבור מערכות אלה להיות יעילות, חיישנים חייבים להיות לא בטוחים & mdash; כל כישלון צריך לגרום אות גבוה ולא נמוך אחד. עיצוב ממשקי חיישן עם ריצוף וכיסוי אבחון הופך להיות דרישה לסטנדרטים של בטיחות פונקציונליים כמו IEC 615 ו- ISO 138 יכול לאפשר הפחתה עצמית.
ייצור מינימלי ונמוך
התקדמות במרקם MEMS מאפשר ייצור של חבילות חיישן VOC זעירות כי הם זולים יותר ועקביים יותר מאשר מכשירים להרכיב יד. שבב אחד יכול לשלב את האלמנט החישה, חום, חיישן טמפרטורה חיישן לחות.דפס טכניקות כגון inkjet או aerosol סילון deposition מאפשר לגלגל של תת-ל-rolltes גמישים. חיישנים אלה בעלות נמוכה יכול להיות מופץ עמוק על פני שטח של ריכוז גבוה.
חיישנים רב-פרמטר
חיישנים עתידיים עשויים למדוד לא רק VOCs אלא גם פרמטרים אחרים כגון פחמן חד תחמוצת, חנקן דו חמצני, אוזון, ומדכא חומר במודול יחיד. גישה רב-פרמטר זה מפחית עלויות ההתקנה וסימולציות מערכת אינטגרציה. לדוגמה, חיישן הדוח הכולל VOC (TVOC) יחד עם מטרה מסוימת כמו dehyde נותן תמונה מלאה יותר של איכות האוויר.
מסקנה
פיתוח חיישני VOC עמידים לסביבות תעשייתיות קשות דורש גישה ברמת מערכת שמתייחסת לכל פגיעות מהחומר המהסס לדיור לקושחה.התקדמות בננו-חומרים וציפוי הגנה שיפרו מאוד את היציבות הפנימית של האלמנט החישה, אפילו מענישים את החיישנים היעילים, עיבוד אותות אינטליגנטיים וקישוריות אלחוטית, להבטיח שהנתונים נותרו מדויקים ונגישה לאורך זמן רב יותר, כמו גם לתהליכים תעשייתיים, אשר יכולים לחזק את התהליכים הללו.