8 août 2019

Un guide pour connaître les quatre types de capteurs pour la détection des gaz

Un guide pour connaître les quatre types de capteurs pour la détection des gaz

Il y a de nombreux lieux où les gaz et les vapeurs inflammables et toxiques peuvent survenir et ils posent un grand danger pour tous ceux présents. C’est l’objectif de la détection des gaz et des dispositifs d’alerte de mieux protéger les employés.

La mesure des gaz et vapeurs inflammables et toxiques peut être effectuée de trois façons différentes : par la température, la pression et le volume. Tous les gaz sont potentiellement dangereux à l’état liquide, comprimé ou normal. Le facteur décisif est la concentration.

En sachant que chaque dispositif et que chaque principe de mesure possède ses forces et ses limites, la sélection de l’appareil de mesure est essentielle pour la détection des gaz. Aussi, un aspect fondamental dans la sélection de l’appareil approprié est d’avoir une idée générale des gaz et vapeurs présents dans l’environnement de travail.

Le choix de l’outil approprié dépend de facteurs critiques:

  • Le risque d’explosion
  • Le manque ou le surplus d’oxygène
  • La toxicité
  • La sensibilité croisée

Draeger produit quatre types de capteurs.

Un capteur électrochimique ou EC mesure la concentration d’un gaz cible par l’oxydation ou la réduction du gaz cible avec une électrode et en mesurant le résultat de la sortie du courant électrique. Ces types de capteurs sont utilisés pour détecter l’oxygène et les gaz toxiques.

Un capteur catalytique, appelé aussi Cat EX ou pour combustibles, oxyde les gaz combustibles et convertit le changement de température en un signal électrique. Ces types de capteurs sont utilisés pour détecter les gaz combustibles comme le méthane, le propane et l’hydrogène.

Un capteur infrarouge ou IR mesure les traces de gaz en déterminant l’absorption d’une source de lumière infrarouge émise à travers d’un échantillon d’air. Ces types de détecteurs sont utilisés pour détecter le dioxyde de carbone ainsi qu’un grand nombre de gaz combustibles.

Un détecteur à photo-ionisation ou PID brise les molécules en ions chargés positivement ou négativement, et le détecteur mesure la charge électrique de ces ions pour afficher la quantité de gaz ou de vapeur présente. Ces types de capteurs sont utilisés pour détecter les vapeurs de composés organiques volatiles (VOC) et les gaz toxiques.

Capteurs électrochimiques

Le principe de base derrière le capteur électrochimique comprend au moins deux électrodes qui sont en contact l’une avec l’autre de deux façons. En premier lieu, par un liquide électrolyte, et en deuxième lieu, par un circuit électrique externe.

Premièrement, le gaz doit passer à travers une membrane afin d’atteindre la chambre du capteur. Cette membrane est composée d’un matériau hydrophobe conçu pour empêcher l’eau d’atteindre le capteur et prévenir le liquide électrolyte de s’échapper. Le gaz entre dans la chambre du capteur et une réaction chimique se produit dans la zone de trois phases où se rencontre le gaz, les électrodes et le liquide électrolyte. Cette réaction chimique produit un courant électrique qui est mesuré par un circuit électrique externe.

Toutefois, un capteur à électrode double présente de nombreux inconvénients. Par exemple, si une concentration de gaz élevée survient, cette situation entraîne des courants électriques plus élevés dans le capteur. Ce courant élevé génère un voltage plus faible à l’intérieur du capteur et peut causer des lectures inutilisables, ou, dans le pire des cas, interrompre la réaction chimique à l’intérieur du capteur lors du processus de mesure.

Voilà pourquoi les capteurs XS et XXS de Dräger contiennent une troisième électrode, dite électrode de référence, dans laquelle aucun courant ne passe. Elle vérifie de façon continue la tension du capteur au niveau de l’électrode de mesure, et peut être corrigée à l’aide du circuit de commande du capteur. Cette façon de faire produit une qualité de mesure fortement améliorée ainsi qu’une durée de vie plus longue.

Une fois exposée à l’air frais, la réaction chimique lors de l’exposition au gaz est renversée à la contre-électrode, ce qui retourne le capteur à son état initial.

Capteurs catalytiques

Le capteur catalytique est le type de capteur le plus commun pour la mesure de gaz combustibles.

Le gaz à mesurer entre dans la chambre du capteur par le pare-flamme. Le pare-flamme prévient l’énergie du processus d’oxydation qui se produit à l’intérieur du capteur de retourner dans l’atmosphère. Le catalyseur chauffé de l’élément, qui est à environ 500 degrés Celsius, facilite la réaction entre le gaz entrant dans le capteur et l’oxygène dans l’air.

Cette réaction fait chauffer l’élément à des températures encore plus élevées. L’augmentation de la chaleur cause un changement dans la résistance électrique de l’élément. Ce changement de résistance est ce qui est mesuré afin de fournir la lecture affichée sur le détecteur de gaz.

Tout comme le capteur électrochimique, un des éléments du capteur, dans le cas présent un catalyseur chauffé, est utilisé seulement pour compenser les changements aux conditions environnementales.

Plus le niveau de gaz qui entre dans la chambre du capteur est élevé, plus la température de l’élément de mesure est élevée, ce qui signifie qu’une lecture plus élevée est affichée.

Pour qu’il fonctionne correctement, le capteur catalytique a besoin d’oxygène. Si le niveau d’oxygène descend trop bas, le gaz n’effectuera pas le processus de réaction de façon efficace, ce qui produira des lectures plus basses que la réalité sur le détecteur. Grâce aux détecteurs Draeger, si la concentration d’oxygène descend sous 8 % par volume, la lecture du capteur de combustible sera masquée. Dès que les niveaux d’oxygène seront de nouveau au-dessus de 8 %, la lecture des combustibles sera affichée de nouveau. C’est un dispositif de sécurité utilisé pour aviser l’utilisateur de tout problème potentiel quant à la surveillance des niveaux dangereux de gaz combustibles.

Capteurs infrarouges

Le capteur infrarouge est une alternative pour la mesure des gaz combustibles lorsqu’il n’y a pas d’oxygène présent ou pour mesure des concentrations élevées de dioxyde de carbone.

Les capteurs infrarouges reposent sur le principe d’absorption de la lumière. Chaque gaz absorbe la lumière d’une manière particulière, c’est pourquoi certains gaz apparaissent en des couleurs différentes. Certains gaz combustibles, comme le méthane et le propane, sont appelés hydrocarbures et ceux-ci absorbent différemment les longueurs d’onde de la lumière comparativement à certaines composantes de l’air (oxygène, azote et argon). Cette distinction peut être exploitée afin de mesurer la quantité d’hydrocarbures présente.

Le gaz à mesurer entre dans la chambre du capteur par un pare-flamme. Le pare-flamme prévient toute énergie de l’intérieur du capteur de retourner dans l’atmosphère.

L’émetteur infrarouge génère un rayonnement à large bande qui passe par une fenêtre dans la chambre du capteur, où il est reflété sur les parois de miroir avant de traverser une autre fenêtre vers un détecteur double.

Ce détecteur double consiste en une mesure et un détecteur de référence. Le détecteur de référence n’est pas exposé au gaz et est utilisé pour compenser les changements environnementaux. Si le mélange gazeux contient un pourcentage d’hydrocarbure, alors, une partie de la radiation est absorbée et la mesure du détecteur produit un signal électrique réduit.

Ce signal électrique réduit est la façon dont le capteur sait si du gaz est présent et en quelle quantité.

Les capteurs du détecteur à photo-ionisation

Le détecteur à photo-ionisation (PID) est un capteur spécialisé connu comme un capteur à large spectre, puisqu’il n’est pas spécifique à un seul gaz. Un PID mesure une variété de gaz toxiques et de composés organiques volatils (VOC) en faibles concentrations de parties par milliard (ppb) jusqu’à plus de plusieurs milliers de parties par million (ppm), selon le gaz à mesurer.

Le capteur consiste en un boîtier, deux électrodes et une lampe ultraviolette. L’évaluation de la lampe ultraviolette détermine quel gaz sera mesuré par le capteur.

Le gaz à mesurer entre dans la chambre du capteur PID par la membrane du capteur. Les photons de la lampe ultraviolette (UV) à l’intérieur du capteur brisent les molécules de gaz en ions chargés positivement et négativement. Ces ions chargés sont comptabilisés par l’électrode collectrice dans le capteur qui produit un courant de sortie mesuré par le système électronique de l’appareil.

La lumière UV produit une énergie requise pour ioniser certains gaz. Cette énergie est mesurée en électron-volt (eV), et les gaz possèdent un potentiel d’ionisation correspondant. C’est l’énergie requise pour briser les ions chargés positivement et négativement. Ces ions peuvent être mesurés en un courant électrique. La force de ce courant est directement proportionnelle à la concentration de molécules ionisées à l’intérieur de la chambre ce qui rend possible de déterminer la concentration de gaz dans l’air.

Ce capteur devient important pour les concentrations de gaz combustibles qui sont aussi toxiques à très faibles concentrations, où le risque toxique est atteint beaucoup plus rapidement que pour les risques explosifs.

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