गैस अनुवेदक: Difference between revisions

Latest revision as of 17:03, 17 May 2023

गैस संसूचक एक उपकरण है जो एक क्षेत्र में गैसों की उपस्थिति का पता लगाता है, अधिकंस्तः सुरक्षा प्रणाली के भाग के रूप में गैस संसूचक उस क्षेत्र में संचालक को अलार्म बजा सकता है जहां रिसाव हो रहा है, जिससे उन्हें छोड़ने का अवसर मिल सके। इस प्रकार का उपकरण महत्वपूर्ण है क्योंकि ऐसी कई गैसें हैं जो मानव या जानवरों जैसे जैविक जीवन के लिए हानिकारक हो सकती हैं।

दहनशील, ज्वलनशील और जहरीली गैसों और ऑक्सीजन की कमी का पता लगाने के लिए गैस संसूचकों का उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार के उपकरण का उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और विनिर्माण प्रक्रियाओं और फोटोवोल्टिक जैसी उभरती प्रौद्योगिकियों की निगरानी के लिए तेल रिसाव जैसे स्थानों में पाया जा सकता है। इनका उपयोग अग्निशमन में किया जा सकता है।

गैस रिसाव का पता लगाना 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।

इतिहास

मानव स्वास्थ्य पर हानिकारक गैसों के प्रभावों की खोज के बाद गैस रिसाव का पता लगाने की विधिया चिंता का विषय बन गए है। आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक सेंसर से पहले, प्रारंभिक पहचान की विधिया कम स्पष्ट संसूचकों पर निर्भर थे। 19वीं और 20वीं सदी की प्रारंभ में, कोयला खनिक कार्बन डाईऑक्साइड, कार्बन मोनोआक्साइड और मीथेन जैसी जानलेवा गैसों के खिलाफ प्रारंभिक पहचान प्रणाली के रूप में घरेलू कैनरी को अपने साथ सुरंगों तक ले आएंगे। कैनरी, सामान्यतः बहुत ही गाने वाला पक्षी, गाना बंद कर देता है और अंत में मर जाता है यदि इन गैसों से नहीं निकाला जाता है, खनिकों को जल्दी से खदान से बाहर निकलने का संकेत देता है।

औद्योगिक युग में पहला गैस संसूचक फ्लेम सेफ्टी लैंप (या दीयों की भीड़) था, जिसका आविष्कार सर हम्फ्री डेवी (इंग्लैंड के) ने 1815 में भूमिगत कोयला खदानों में मीथेन (फायरडैम्प) की उपस्थिति का पता लगाने के लिए किया था। लौ सुरक्षा लैंप में ताजी हवा में विशिष्ट ऊंचाई तक समायोजित तेल की लौ सम्मिलित होती है। इन लैंपों के साथ प्रज्वलन को रोकने के लिए ज्वाला जाल लौ बन्दी के साथ एक कांच की आस्तीन के अन्दर समाहित थी। मीथेन (अधिक) या ऑक्सीजन की कमी (कम) की उपस्थिति के आधार पर लपटों की ऊंचाई भिन्न होती है। आज तक, विश्व के कुछ भागो में लौ सुरक्षा लैंप अभी भी सेवा में हैं।

गैस का पता लगाने का आधुनिक युग 1926-1927 में डॉ.ओलिवर जॉनसन द्वारा उत्प्रेरक दहन (एलईएल) सेंसर के विकास के साथ प्रारंभ हुआ था। डॉ जॉनसन कैलिफोर्निया (अब शेवरॉन) में स्टैंडर्ड ऑयल कंपनी के कर्मचारी थे, उन्होंने ईंधन भंडारण टैंकों में विस्फोट को रोकने में सहायता करने के लिए हवा में ज्वलनशील मिश्रण का पता लगाने के लिए विधि पर अनुसंधान और विकास प्रारंभ किया था। प्रदर्शन मॉडल 1926 में विकसित किया गया था और मॉडल ए के रूप में चिह्नित किया गया था। पहला व्यावहारिक इलेक्ट्रिक वेपर इंडिकेटर मीटर 1927 में मॉडल बी के रिलीज के साथ प्रारंभ हुआ था।

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।

1980 और 1990 के दशक में इलेक्ट्रॉनिक घरेलू कार्बन मोनोऑक्साइड संसूचकों के विकास से पहले, कार्बन मोनोऑक्साइड उपस्थिति का रासायनिक रूप से संक्रमित कागज के साथ पता चला था जो गैस के संपर्क में आने पर भूरा हो गया था। तब से, गैसों की विस्तृत श्रृंखला के रिसाव का पता लगाने, निगरानी करने और सतर्क करने के लिए कई इलेक्ट्रॉनिक विधियों और उपकरणों का विकास किया गया है।

जैसा कि इलेक्ट्रॉनिक गैस सेंसर की लागत और प्रदर्शन में सुधार हुआ है, उन्हें प्रणाली की विस्तृत श्रृंखला में सम्मिलित किया गया है। ऑटोमोबाइल में उनका उपयोग प्रारंभ में निकास गैस के लिए था, किन्तु अब यात्री आराम और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए गैस सेंसर का भी उपयोग किया जा सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड सेंसर इमारतों में मांग-नियंत्रित वेंटिलेशन प्रणाली के भाग के रूप में स्थापित किए जा रहे हैं। चिकित्सा निदान, निगरानी और उपचार प्रणालियों में उपयोग के लिए परिष्कृत गैस सेंसर प्रणाली का शोध किया जा रहा है, संचालक कमरे में उनके प्रारंभिक उपयोग से परे है। कार्बन मोनोऑक्साइड और अन्य हानिकारक गैसों के लिए गैस मॉनिटर और अलार्म कार्यालय और घरेलू उपयोग के लिए तेजी से उपलब्ध हैं, और कुछ न्यायालयों में नियमबद्ध रूप से आवश्यक हो रहे हैं।

प्रारंभ में, गैस का पता लगाने के लिए संसूचकों का उत्पादन किया गया था। आधुनिक इकाइयां कई जहरीली या ज्वलनशील गैसों, या यहां तक कि संयोजन का पता लगा सकती हैं। ^[1] नया गैस विश्लेषक एक साथ कई गैसों की पहचान करने के लिए जटिल सुगंध से घटकों के संकेतों को तोड़ सकता है।^[2]

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।^[3]

प्रकार

गैस संसूचकों को ऑपरेशन तंत्र के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है (अर्धचालक,^[4] 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।

इलेक्ट्रोकेमिकल

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,^[5] 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।^[6] इलेक्ट्रोकेमिकल गैस संसूचकों का उपयोग रिफाइनरियों, गैस टर्बाइनों, रासायनिक संयंत्रों, भूमिगत गैस भंडारण सुविधाओं आदि जैसे विभिन्न प्रकार के वातावरणों में किया जाता है।

उत्प्रेरक मनका

कैटेलिटिक बीड (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 परिपथ 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 स्तर सामान्यतः कुछ सौ पीपीएम से कुछ मात्रा प्रतिशत तक होती है। ऐसे सेंसर सस्ते और शक्तिशाली 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।

फोटोकरण

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 अम्ल 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-प्रकीर्णन ट्यूब वाले पीआईडी प्रस्तुत किए गए हैं जो बेंजीन या 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।

अवरक्त बिंदु

अवरक्त (आईआर) बिंदु संवेदक गैस की ज्ञात मात्रा से गुजरने वाले विकिरण का उपयोग करते हैं; विशिष्ट गैस के गुणों के आधार पर सेंसर बीम से ऊर्जा कुछ तरंग दैर्ध्य पर अवशोषित होती है। उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोऑक्साइड लगभग 4.2-4.5 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है।^[7] इस तरंग दैर्ध्य में ऊर्जा की तुलना अवशोषण सीमा के बाहर तरंग दैर्ध्य से की जाती है; इन दो तरंग दैर्ध्य के बीच ऊर्जा का अंतर उपस्थित गैस की सांद्रता के समानुपाती होता है।^[7]

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 बिंदु सेंसर का उपयोग किया जा सकता है^[8] 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।

निकास गैस अन्य क्षेत्र है जहां आईआर सेंसर का शोध किया जा रहा है। सेंसर वाहन के निकास में कार्बन मोनोऑक्साइड या अन्य असामान्य गैसों के उच्च स्तर का पता लगाएगा और ड्राइवरों को सूचित करने के लिए वाहन इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली के साथ एकीकृत भी होगा।^[7]

अवरक्त इमेजिंग

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।^[9] जिन प्रकार के यौगिकों की छवि बनाई जा सकती है, वे वही हैं जिन्हें अवरक्त बिंदु संसूचकों से पता लगाया जा सकता है, किन्तु छवियां गैस के स्रोत की पहचान करने में सहायक हो सकती हैं।

अर्धचालक

अर्धचालक सेंसर, जिसे मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) सेंसर के रूप में भी जाना जाता है,^[3] 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 पदार्थ है,^[10] 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।^[11] 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।^[12] अर्धचालक सेंसर के लिए सबसे सामान उपयोग कार्बन मोनोऑक्साइड सेंसर में है। इनका उपयोग श्वासनली में भी किया जाता है। ^[11] क्योंकि सेंसर को इसका पता लगाने के लिए गैस के संपर्क में आना चाहिए, अर्धचालक सेंसर अवरक्त बिंदु या अवशोषित 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। ^[3] 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।^[13] एल्गोरिथम अनुकूलन का उपयोग करके इस तरह के हस्तक्षेप को कम करने का प्रयास किया गया है।^[14]

अवशोषित

अवशोषित 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 ध्वनि 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 अवशोषित स्तर में ध्वनि उत्पन्न करते हैं, सेंसर इन आवृत्तियों को पृष्ठभूमि ध्वनिक ध्वनि से आसानी से अलग करने में सक्षम होते हैं जो 20 Hz से 20 Hz की श्रव्य सीमा में होता है।^[15] अवशोषित गैस रिसाव संसूचक तब अलार्म उत्पन्न करता है जब पृष्ठभूमि ध्वनि की सामान्य स्थिति से अवशोषित विचलन होता है। अवशोषित गैस रिसाव संसूचक गैस की एकाग्रता को �

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