गैस अनुवेदक: Difference between revisions

[[गैस रिसाव]] का पता लगाना [[विस्फोटक गैस रिसाव डिटेक्टर|विस्फोटक गैस रिसाव संसूचक]] द्वारा संभावित खतरनाक गैस रिसाव की पहचान करने की प्रक्रिया है। इसके अतिरिक्त  तापीय कैमरे का उपयोग करके  दृश्य पहचान की जा सकती है ये सेंसर सामान्यतः खतरनाक गैस का पता चलने पर लोगों को सतर्क करने के लिए  श्रव्य अलार्म लगाते हैं। जहरीली गैसों के संपर्क में पेंटिंग, धूमन, ईंधन भरने, निर्माण, दूषित मिट्टी की खुदाई, लैंडफिल संचालन, सीमित स्थानों में प्रवेश करने आदि जैसे संचालन भी हो सकते हैं। सामान्य सेंसर में ज्वलनशील गैस सेंसर, फोटोओनाइजेशन संसूचक, [[ अवरक्त बिंदु संवेदक ]], [[ अतिध्वनि संवेदक ]] सम्मिलित हैं। , [[इलेक्ट्रोकेमिकल गैस सेंसर]] और मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) सेंसर वर्तमान में, अवरक्त इमेजिंग सेंसर उपयोग में आए हैं। ये सभी सेंसर अनुप्रयोगों की  विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयोग किए जाते हैं और औद्योगिक संयंत्रों, रिफाइनरियों, फार्मास्युटिकल निर्माण, धूमन सुविधाओं, पेपर पल्प मिलों, विमान और जहाज निर्माण सुविधाओं, खतरनाक संचालन, अपशिष्ट जल उपचार सुविधाओं, वाहनों, इनडोर वायु में पाए जा सकते हैं।

विश्व की पहली गैस संसूचन कंपनी, जॉनसन-विलियम्स उपकरण (या जे-डब्ल्यू उपकरण) का गठन 1928 में पालो अल्टो, सीए में डॉ ओलिवर जॉनसन और फिल विलियम्स द्वारा किया गया था। जे डब्ल्यू उपकरण को सिलिकॉन वैली में पहली इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी के रूप में मान्यता प्राप्त है। अगले 40 वर्षों में J-W उपकरण ने गैस की पहचान के आधुनिक युग में कई पहलों का नेतृत्व किया, जिसमें उपकरणों को छोटा और अधिक घरेलु बनाना,  घरेलु ऑक्सीजन संसूचक का विकास और साथ ही पहला संयोजन उपकरण सम्मिलित है जो दहनशील ऑक्सीजन गैसों/वाष्प दोनों का पता लगा सकता है।  

मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) सेंसर 1990 के दशक में प्रस्तुत किए गए थे। सबसे पहले ज्ञात एमओएस गैस सेंसर का प्रदर्शन 1990 में जी. सर्वेग्लिएरी, जी. फगलिया, एस. ग्रोपेली, पी. नेल्ली और ए. कामांजी द्वारा किया गया था। एमओएस सेंसर तब से महत्वपूर्ण पर्यावरणीय गैस संसूचक बन गए हैं।<ref name="Sun" />

गैस संसूचकों को ऑपरेशन तंत्र के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है ([[अर्धचालक]],<ref>{{cite journal |last1=Mokrushin |first1=Artem S. |last2=Fisenko |first2=Nikita A. |last3=Gorobtsov |first3=Philipp Yu. |title=प्रतिरोधी गैस सेंसर के अत्यधिक सीओ संवेदनशील घटक के रूप में आईटीओ पतली फिल्म का पेन प्लॉटर प्रिंटिंग|journal=Talanta |year=2021 |volume=221 |page=121455 |doi=10.1016/j.talanta.2020.121455|pmid=33076078 |s2cid=224811369 }}</ref> ऑक्सीकरण, उत्प्रेरक, प्रकाशिक, अवरक्त, आदि)। गैस संसूचक दो मुख्य रूप कारकों में किए जाते हैं: घरेलु उपकरण और फिक्स्ड गैस संसूचक।

घरेलु संसूचकों का उपयोग कर्मियों के आसपास के वातावरण की निगरानी के लिए किया जाता है और या तो हाथ से पकड़ा जाता है या कपड़ों पर या बेल्ट/हार्नेस पर पहना जाता है। ये गैस संसूचक सामान्यतः बैटरी से चलने वाले होते हैं। जब गैस वाष्प के खतरनाक स्तर का पता चलता है, तो वे श्रव्य और दृश्य संकेतों, जैसे अलार्म और चमकती प्रकाश के माध्यम से चेतावनी प्रसारित करते हैं।

एक या अधिक गैस प्रकारों का पता लगाने के लिए निश्चित प्रकार के गैस संसूचकों का उपयोग किया जा सकता है। निश्चित प्रकार के संसूचक सामान्यतः किसी संयंत्र या नियंत्रण कक्ष की औद्योगिक प्रक्रियाओं, या संरक्षित किए जाने वाले क्षेत्र, जैसे आवासीय बेडरूम के पास लगाए जाते हैं। सामान्यतः, औद्योगिक सेंसर निश्चित प्रकार के हल्के स्टील संरचनाओं पर स्थापित होते हैं और निरंतर निगरानी के लिए  केबल संसूचकों को पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण (एससीएडीए) प्रणाली से जोड़ता है। आपातकालीन स्थिति के लिए ट्रिपिंग इंटरलॉक को सक्रिय किया जा सकता है।

{{main|विद्युत रासायनिक गैस सेंसर}}

इलेक्ट्रोकेमिकल गैस सेंसर गैसों को झरझरा झिल्ली के माध्यम से  इलेक्ट्रोड में फैलाने की अनुमति देकर काम करता है जहां यह या तो [[ रिडॉक्स ]] है। उत्पादित धारा की मात्रा इस बात से निर्धारित होती है कि इलेक्ट्रोड पर कितनी गैस का ऑक्सीकरण होता है,<ref>Detcon, http://www.detcon.com/electrochemical01.htm {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090505073321/http://www.detcon.com/electrochemical01.htm |date=2009-05-05 }}</ref> गैस की सांद्रता का संकेत निश्चित गैस एकाग्रता सीमा का पता लगाने की अनुमति देने के लिए झरझरा अवरोध को बदलकर विद्युत रासायनिक गैस संसूचकों को अनुकूलित कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, चूंकि प्रसार रुकावट भौतिक/यांत्रिक रुकावट है, इसलिए संसूचक सेंसर की अवधि में अधिक स्थिर और भरोसेमंद होते हैं और इस प्रकार अन्य प्रारंभिक संसूचक विधियों की तुलना में कम रखरखाव की आवश्यकता होती है।

चूँकि, सेंसर संक्षारक तत्वों या रासायनिक संदूषण के अधीन हैं और प्रतिस्थापन की आवश्यकता होने से पहले केवल 1-2 साल तक चल सकते हैं।<ref>United States Patent 4141800: Electrochemical gas detector and method of using same, http://www.freepatentsonline.com/4141800.html</ref> इलेक्ट्रोकेमिकल गैस संसूचकों का उपयोग रिफाइनरियों, गैस टर्बाइनों, रासायनिक संयंत्रों, भूमिगत गैस भंडारण सुविधाओं आदि जैसे विभिन्न प्रकार के वातावरणों में किया जाता है।

कैटेलिटिक बीड ([[ pelistor |प्रतिरोधक]]) सेंसर सामान्यतः ज्वलनशील गैसों को मापने के लिए उपयोग किए जाते हैं जो [[कम विस्फोट सीमा]] (एलईएल) और ऊपरी विस्फोट सीमा (यूईएल) के बीच सांद्रता होने पर विस्फोट का खतरा प्रस्तुत करते हैं। प्लेटिनम वायर कॉइल वाले एक्टिव और रेफरेंस बीड्स व्हीटस्टोन ब्रिज सर्किट की विपरीत भुजाओं पर स्थित होते हैं और विद्युत रूप से कुछ सौ डिग्री सेल्सियस तक गर्म होते हैं। सक्रिय बीड में  उत्प्रेरक होता है जो ज्वलनशील यौगिकों को ऑक्सीकरण करने की अनुमति देता है, जिससे बीड और भी अधिक गर्म हो जाता है। इसके विद्युत प्रतिरोध को बदलना सक्रिय और निष्क्रिय मोतियों के बीच परिणामी वोल्टेज अंतर सभी ज्वलनशील गैसों और वाष्प की उपस्थिति के अनुपात में होता है। सैंपल की गई गैस  निसादित धातु फ्रिट के माध्यम से सेंसर में प्रवेश करती है, जो दहनशील गैसों वाले वातावरण में उपकरण ले जाने पर विस्फोट को रोकने के लिए  अवरोध प्रदान करता है। पेलिस्टर्स अनिवार्य रूप से सभी ज्वलनशील गैसों को मापते हैं, किन्तु वे छोटे अणुओं के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं जो सिंटर के माध्यम से अधिक तेज़ी से फैलते हैं। औसत दर्जे की सांद्रता रेंज सामान्यतः कुछ सौ पीपीएम से कुछ मात्रा प्रतिशत तक होती है। ऐसे सेंसर सस्ते और मजबूत होते हैं, किन्तु परीक्षण के लिए वातावरण में कम से कम कुछ प्रतिशत ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है और उन्हें सिलिकोन, खनिज एसिड, क्लोरीनयुक्त कार्बनिक यौगिकों और सल्फर यौगिकों जैसे यौगिकों द्वारा जहर या बाधित किया जा सकता है।

{{main| फोटोओनाइजेशन संसूचक}}

फोटोओनाइजेशन संसूचक (PID) सैंपल गैस में रसायनों को आयनित करने के लिए  उच्च-फोटॉन-ऊर्जा यूवी लैंप का उपयोग करते हैं। यदि यौगिक में दीपक फोटॉन के नीचे आयनीकरण ऊर्जा होती है, तो  इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाएगा, और परिणामी धारा यौगिक की सांद्रता के समानुपाती होती है। सामान्य लैंप फोटॉन ऊर्जा में 10.0 [[इलेक्ट्रॉनवोल्ट]], 10.6 eV और 11.7 eV सम्मिलित हैं; मानक 10.6 eV लैंप वर्षों तक चलता है, जबकि 11.7 eV लैंप सामान्यतः केवल कुछ महीनों तक चलता है और इसका उपयोग केवल तब किया जाता है जब कोई अन्य विकल्प उपलब्ध न होता है। यौगिकों की विस्तृत श्रृंखला को कुछ भागों प्रति बिलियन (पीपीबी) से लेकर कई हजार भागों प्रति मिलियन (पीपीएम) तक के स्तरों पर पाया जा सकता है। घटती संवेदनशीलता के क्रम में पता लगाने योग्य यौगिक वर्गों में सम्मिलित हैं: एरोमैटिक्स और अल्काइल आयोडाइड्स; ओलेफ़िन, सल्फर यौगिक, एमाइन, कीटोन्स, ईथर, अल्काइल ब्रोमाइड्स और सिलिकेट एस्टर; कार्बनिक एस्टर, अल्कोहल, एल्डिहाइड और एल्केन्स; हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया, फॉस्फीन और कार्बनिक अम्ल। हवा के मानक घटकों या खनिज एसिड के लिए कोई प्रतिक्रिया नहीं है। पीआईडी ​​के प्रमुख लाभ उनकी उत्कृष्ट संवेदनशीलता और उपयोग में आसानी हैं; मुख्य सीमा यह है कि माप यौगिक-विशिष्ट नहीं हैं। वर्तमान में प्री-फिल्टर ट्यूब वाले पीआईडी ​​प्रस्तुत किए गए हैं जो [[बेंजीन]] या [[ butadiene |ब्यूटाडाइन]] जैसे यौगिकों के लिए विशिष्टता को बढ़ाते हैं। औद्योगिक स्वच्छता, खतरनाक सामान और पर्यावरण निगरानी के लिए फिक्स्ड, हैंड-हेल्ड और मिनिएचर क्लॉथ-क्लिप पीआईडी ​​​​का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

 

 

इस प्रकार का सेंसर फायदेमंद है क्योंकि इसका पता लगाने के लिए इसे गैस में नहीं रखना पड़ता है और इसका उपयोग [[रिमोट सेंसिंग]] के लिए किया जा सकता है। [[हाइड्रोकार्बन]] का पता लगाने के लिए अवरक्त पॉइंट सेंसर का उपयोग किया जा सकता है<ref>International Society of Automation, http://www.isa.org/Template.cfm?Section=Communities&template=/TaggedPage/DetailDisplay.cfm&ContentID=23377 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131212231703/http://www.isa.org/Template.cfm?Section=Communities&template=%2FTaggedPage%2FDetailDisplay.cfm&ContentID=23377 |date=2013-12-12 }}</ref> और अन्य अवरक्त सक्रिय गैसें जैसे [[जल वाष्प]] और कार्बन डाइऑक्साइड। आईआर सेंसर सामान्यतः अपशिष्ट जल उपचार सुविधाओं, रिफाइनरियों, गैस टर्बाइनों, रासायनिक संयंत्रों और अन्य सुविधाओं में पाए जाते हैं जहां ज्वलनशील गैसें उपस्थित होती हैं और विस्फोट की संभावना होती है। रिमोट सेंसिंग क्षमता बड़ी मात्रा में अंतरिक्ष की निगरानी करने की अनुमति देती है।

=== अवरक्त इमेजिंग ===

{{main|थर्मोग्राफिक कैमरा}}

 

अवरक्त [[इमेज सेंसर]] में सक्रिय और निष्क्रिय प्रणाली सम्मिलित हैं। सक्रिय संवेदन के लिए, IR इमेजिंग सेंसर सामान्यतः दृश्य के क्षेत्र में  लेजर को स्कैन करते हैं और  विशिष्ट लक्ष्य गैस के अवशोषण लाइन तरंग दैर्ध्य पर बैकस्कैटरेड प्रकाश की तलाश करते हैं। निष्क्रिय आईआर इमेजिंग सेंसर  छवि में प्रत्येक पिक्सेल पर [[अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी]] को मापते हैं और विशिष्ट [[वर्णक्रमीय हस्ताक्षर]] की तलाश करते हैं जो लक्ष्य गैसों की उपस्थिति का संकेत देते हैं।<ref>{{cite journal | doi = 10.1117/12.850137 | title=एक औद्योगिक सेटिंग में आईआर गैस इमेजिंग| year=2010 | journal=Thermosense XXXII | last1 = Naranjo | first1 = Edward| volume=7661 | pages=76610K | s2cid=119488975 | editor2-first=Morteza | editor2-last=Safai | editor1-first=Ralph B | editor1-last=Dinwiddie }}</ref> जिन प्रकार के यौगिकों की छवि बनाई जा सकती है, वे वही हैं जिन्हें अवरक्त पॉइंट संसूचकों से पता लगाया जा सकता है, किन्तु छवियां गैस के स्रोत की पहचान करने में सहायक हो सकती हैं।

=== [[सेमीकंडक्टर|अर्धचालक]] ===

अर्धचालक सेंसर, जिसे मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) सेंसर के रूप में भी जाना जाता है,<ref name="Sun">{{cite journal |last1=Sun |first1=Jianhai |last2=Geng |first2=Zhaoxin |last3=Xue |first3=Ning |last4=Liu |first4=Chunxiu |last5=Ma |first5=Tianjun |title=मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर सेंसर और माइक्रो-पैक्ड गैस क्रोमैटोग्राफिक कॉलम के साथ एकीकृत एक मिनी-सिस्टम|journal=Micromachines |date=17 August 2018 |volume=9 |issue=8 |doi=10.3390/mi9080408 |issn=2072-666X|doi-access=free |page=408 |pmid=30424341 |pmc=6187308 }}</ref> सेंसर के सीधे संपर्क में आने पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा गैसों का पता लगाएं। [[टिन डाइऑक्साइड]] अर्धचालक सेंसर में उपयोग होने वाली सबसे सामान सामग्री है,<ref>Figaro Sensor, http://www.figarosensor.com/products/general.pdf</ref> और मॉनिटर किए गए गैस के संपर्क में आने पर सेंसर में विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। टिन डाइऑक्साइड का प्रतिरोध सामान्यतः हवा में लगभग 50 kΩ होता है, किन्तु 1% मीथेन की उपस्थिति में लगभग 3.5 kΩ तक गिर सकता है।<ref name=autogenerated2>Vitz, E., 1995</ref> प्रतिरोध में इस परिवर्तन का उपयोग गैस की सघनता की गणना के लिए किया जाता है। अर्धचालक सेंसर का उपयोग सामान्यतः हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, अल्कोहल वाष्प और कार्बन मोनोऑक्साइड जैसी हानिकारक गैसों का पता लगाने के लिए किया जाता है।<ref>General Monitors, http://www.generalmonitors.com/downloads/literature/combustible/IR2100_DATA.PDF</ref> अर्धचालक सेंसर के लिए सबसे सामान उपयोग कार्बन मोनोऑक्साइड सेंसर में है। इनका उपयोग [[श्वास]]नली में भी किया जाता है। <ref name=autogenerated2 /> क्योंकि सेंसर को इसका पता लगाने के लिए गैस के संपर्क में आना चाहिए, अर्धचालक सेंसर अवरक्त पॉइंट या अल्ट्रासोनिक संसूचकों की तुलना में कम दूरी पर काम करते हैं।

एमओएस सेंसर कार्बन मोनोऑक्साइड, [[सल्फर डाइऑक्साइड]], [[हाइड्रोजन सल्फाइड]] और [[अमोनिया]] जैसी विभिन्न गैसों का पता लगा सकते हैं। 1990 के दशक से, एमओएस सेंसर महत्वपूर्ण पर्यावरणीय गैस संसूचक बन गए हैं। <ref name="Sun"/> एमओएस सेंसर चूँकि बहुत बहुमुखी हैं, आर्द्रता के साथ क्रॉस सेंसिटिविटी की समस्या से ग्रस्त हैं। इस तरह के व्यवहार का कारण ऑक्साइड सतह के साथ हाइड्रॉक्सिल आयनों की के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।<ref name="Ghosh">{{cite journal |last1=Ghosh |first1=Sujoy |last2=Ilango |first2=Murugaiya |last3=Prajapati |first3=Chandra |last4=Bhat |first4=Navakanta |title=Reduction of Humidity Effect in WO3 Thin Film‐Based NO2 Sensor Using Physiochemical Optimization |journal=Crystal Research & Technology |date=7 January 2021 |volume=56 |issue=1 |doi=10.1002/crat.202000155 |issn=1521-4079 |page=2000155 |s2cid=229393321 }}</ref> एल्गोरिथम अनुकूलन का उपयोग करके इस तरह के हस्तक्षेप को कम करने का प्रयास किया गया है।<ref name="Algorithm">{{cite conference |last1=Ghosh |first1=Sujoy |last2=Ghosh |first2=Anujay |last3=Kodavali |first3=Nived |last4=Prajapati |first4=Chandra Shekhar | last5=Bhat | first5=Navakanta |title=A baseline correction model for humidity and temperature compensation WO3 film based sensor for NO2 detection |conference=2019 IEEE Sensors |date=13 January 2020 |doi=10.1109/SENSORS43011.2019.8956920 |issn=2168-9229 |publisher= IEEE |location= Montreal, Canada }}</ref>

[[अल्ट्रासोनिक सेंसर]] प्रति गैस संसूचक नहीं हैं। वे ध्वनिक उत्सर्जन का पता लगाते हैं जब  दबाव वाली गैस एक छोटे छिद्र (रिसाव) के माध्यम से कम दबाव वाले क्षेत्र में फैलती है। वे अपने पर्यावरण के पृष्ठभूमि शोर में परिवर्तन का पता लगाने के लिए ध्वनिक सेंसर का उपयोग करते हैं। चूंकि अधिकांश उच्च दबाव गैस रिसाव 25 kHz से 10 MHz की अल्ट्रासोनिक रेंज में ध्वनि उत्पन्न करते हैं, सेंसर इन आवृत्तियों को पृष्ठभूमि ध्वनिक शोर से आसानी से अलग करने में सक्षम होते हैं जो 20 Hz से 20 Hz की श्रव्य सीमा में होता है।<ref name="gmigasandflame1">Naranjo, E., http://www.gmigasandflame.com/article_october2007.html</ref> अल्ट्रासोनिक गैस रिसाव संसूचक तब अलार्म उत्पन्न करता है जब पृष्ठभूमि शोर की सामान्य स्थिति से अल्ट्रासोनिक विचलन होता है। अल्ट्रासोनिक गैस रिसाव संसूचक गैस की एकाग्रता को माप नहीं सकते हैं, किन्तु उपकरण बचने वाली गैस की रिसाव दर निर्धारित करने में सक्षम है क्योंकि अल्ट्रासोनिक ध्वनि स्तर गैस के दबाव और रिसाव के आकार पर निर्भर करता है।<ref name="gmigasandflame1"/>

अल्ट्रासोनिक गैस संसूचकों का मुख्य रूप से बाहरी वातावरण में रिमोट सेंसिंग के लिए उपयोग किया जाता है जहां मौसम की स्थिति रिसाव संसूचकों तक पहुंचने से पहले बचने वाली गैस को आसानी से समाप्त कर सकती है जिसके लिए गैस का पता लगाने और अलार्म बजने के लिए संपर्क की आवश्यकता होती है। ये संसूचक सामान्यतः