آنالایزر اکسیژن التراسونیک چگونه کار می کند؟

دستگاه آنالایزر گاز اولتراسونیک می تواند انواع مخلوط دو گازی را اندازه گیری کند. این دستگاه ها مواد مصرفی ندارند و ماندگاری بالایی دارند. به دلیل اینکه این آنالایزرها نیاز به وارم آپ (warm up) یا گرم کردن ندارند اندازه گیری با آنها  ساده بوده و می توان بلافاصله بعد از اتصال به منبع تغذیه فرایند اندازه گیری را انجام داد.

از آنالایزر گاز اولتراسونیک می توان برای اندازه گیری بسیاری از گازها استفاده کرد از جمله: گازهای کمیاب، گازهای محافظ، گازهای گلخانه ای مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، دی اکسید کربن، هلیم، آرگون، زنون، کریپتون، نئون، هگزافلوورید گوگرد، تترا فلوراید کربن، اکسید نیتروژن.

مشخصات

زمان وارم آپ یا گرم کردنکمتر از ۱۰ ثانیه
دمای گاز ورودیدمای محیط
فشار گاز ورودیفشار محیط
دبی جریان۰.۵ تا ۲۰ لیتر در دقیقه
زمان پاسخ۹۰٪ پاسخ در کمتر از ۵ ثانیه
خطی بودن و تکرارپذیری۱٪ در بیشتر رنج
اندازه شلنگ خروجیقطر داخلی ۵ تا ۶.۵ میلیمتر
منبع تغذیه۵ ولت مستقیم
مصرف انرژی۰.۵ تا ۰.۸ وات
دمای کاری۵ تا ۴۵ درجه سانتیگراد
وزنحدود ۲۰۰ گرم
ابعاد خارجیحدود ۲۰۰ در ۱۱۰ در ۵۰ میلیمتر
ظرفیت باتری۲۰۰۰ میلی آمپر ساعت
مواد مصرفیبدون مواد مصرفی
کالیبراسیونبدون نیاز به کالیبراسیون
نگهداریبدون نیاز به نگهداری
پروتکل دسترسیوای فای

کارایی

ترکیببیشترین رنج قابل اندازه گیریدقت اندازه گیری
H2/N2 ،He/N2 ،He/Air۰ تا ۵۰٪۰.۱٪
O2/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۴٪
Xe/Ar ،Kr/N2 ،CF4/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۰۵٪
Xe/N2 ،SF6/N2۰ تا ۱۰۰٪۰.۰۳٪

ابعاد

مبنای عملکرد

مبنای عملکرد این سنسور به این موضوع علم ترمودینامیک بازمی گردد که سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت صوت در گاز می باشند. در صورتی که سرعت موج التراسونیک در هوا اندازه گیری شود می توان درصد خلوص اکسیژن و سرعت جریان هوا را تخمین زد. مقایسه آنالایزر التراسونیک با آنالایزر شیمیایی پیشتر در این لینک ارائه شده است.

با اینکه سرعت صوت معمولا ۳۴۰ متر بر ثانیه عنوان می شود این سرعت مربوط به سرعت صوت در اتمسفر زمین می باشد که در شرایط ۲۱٪ اکسیژن، ۷۹ درصد نیتروژن و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد می باشد. چنانچه این شرایط تغییر کنند سرعت صوت نیز تغییر خواهد کرد. برای نمونه در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد سرعت صوت در محیط گازی با ۱۰۰٪ اکسیژن ۳۲۹ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ نیتروژن ۳۵۲ متر بر ثانیه و در محیط گازی با ۱۰۰٪ هیدروژن ۱۳۱۷ متر بر ثانیه می باشد.

در دستگاه آنالایزر اکسیژن دو سنسور فرستنده و گیرنده التراسونیک در درون محفظه اندازه گیری گاز قرار می گیرند تا زمان لازم برای طی مسافت بین دو سنسور را اندازه بگیرند. مدت زمان لازم برای طی فاصله ۱۰ سانتیمتری بین دو سنسور در هوای محیط حدود ۲۰ میکرو ثانیه است. اگر بتوان پردازنده ای یافت که بتواند فاصله زمانی ۰.۲ میکرو ثانیه را اندازه بگیرد می توان این فاصله زمانی را با ۱۰۰ واحد تقسیم بندی کرد و به این ترتیب می توان به رزولوشن ۱۰۰ واحد برای اندازه گیری و ۱٪ دقت دست یافت.

در مخلوط گازی نیتروژن و هیدروژن، صوت این فاصله را در زمان حدود ۲۰۸ میکرو ثانیه طی می کند و همان پردازنده قادر خواهد بود این بازه را با ۱۰۰۰ واحد زمانی اندازه بگیرد و دقت اندازه گیری ۰.۱٪ خواهد بود.

چنانچه فاصله بین سنسور ها از ۱۰ سانتیمتر به ۲۰ سانتیمتر افزایش یابند زمان لازم برای طی فاصله بین دو سنسور از ۲۰ میکرو ثانیه به ۴۰ میکروثانیه افزایش می یابد و همان پردازنده قادر به اندازه گیری با رزولوشن دو برابر قبل خواهد بود. واضح است که فاکتورهای مختلفی بر دقت اندازه گیری التراسونیک اثر دارند و این باعث می شود که امکانات مختلفی برای توسعه این تکنولوژی در آینده فراهم باشد.

نتیجه گیری

آنالایزرهای اکسیژن التراسونیک قادر به اندازه گیری  تمام مخلوط های دو گازی مثل هوا می باشند.

دقت اندازه گیری آنالایزرهای اکسیژن به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد. فاصله بین گیرنده و فرستنده التراسونیک، مخلوط گازهایی که اندازه گیری در آن انجام می شود، دقت اندازه گیری پردازنده ای که اندازه گیری را انجام می دهد از جمله این فاکتورها می باشند.

دستگاه آنالایزر اکسیژن با روش التراسونیک اندازه گیری پایداری را فراهم کرده و نیازی به کالیبراسیون ندارد لذا  این دستگاه ها عمر طولانی دارند.

آنالایزر التراسونیک بدون هزینه جانبی امکان اندازه گیری گازها را فراهم کرده و آلودگی محیطی ایجاد نمی کند.

آنالایزر التراسونیک قادر به اندازه گیری در مخلوطهای دو گازی مثل  اکسیژن (O2)، نیتروژن(N2)، هیدروژن(H2)، دی اکسید کربن(CO2)، هلیم(He)، آرگون(Ar)، زنون(Xe)، کریپتون(Kr)، نئون(Ne)، هگزافلوورید گوگرد(SF6)، تترا فلوراید کربن(CF4)، اکسید نیتروژن(N2O) می باشند.

تفاوت خلوص سنج التراسونیک و الکتروشیمیایی چیست؟

مبنای عملکرد

سنسور الکتروشیمیاییمبنای عملکرد این سنسور بر پایه پیل های الکتریکی است. با حل شدن اکسیژن در حلال داخل سنسور، بین دو الکترود آند و کاتد غوطه ور درون حلال جریان الکتریکی متناسب با خلوص اکسیژن ایجاد می شود. با اندازه گیری جریان الکتریکی بین دو الکترود آند و کاتد می توان خلوص اکسیژن را تخمین زد.
سنسور التراسونیکمبنای عملکرد این سنسور به این موضوع علم ترمودینامیک بازمی گردد که سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت صوت در گاز می باشند. در صورتی که سرعت موج التراسونیک در هوا اندازه گیری شود می توان درصد خلوص اکسیژن و سرعت جریان هوا را تخمین زد.

مزایا و معایب


مزایامعایب
سنسور التراسونیکاندازه گیری پایدار عدم نیاز به کالیبراسیون عمر طولانی  بدون هزینه جانبی امکان اندازه گیری سرعت جریان عدم آلودگی محیطیتنها قادر به اندازه گیری اکسیژن در مخلوطهای دو گازی مثل هوا می باشد. رطوبت هوا بر اندازه گیری آن اثر دارد
سنسور الکتروشیمیاییمصرف باتری کمی دارد حساسیت بالایی داردعمر کوتاه (حدود ۲ سال) هزینه بیشتر فقط خلوص اکسیژن را اندازه می گیرد زمان انتظار برای اندازه گیری زیاد است در دما و شرایط ویژه باید نگهداری شود در رنج دمای ۱۵ تا ۴۰ درجه باید اندازه گیری شود

مقایسه دقت اندازه گیری روی کپسول اکسیژن

مقایسه دقت اندازه گیری روی دستگاه اکسیژنساز

پاسخ زمانی اندازه گیری

نتیجه گیری

۱- دقت اندازه گیری سنسورهای الکتروشیمیایی و التراسونیک تقریبا یکسان است. 

۲- سنسورهای الکتروشیمیایی از واکنش شیمیایی خلوص اکسیژن را تخمین می زنند لذا نیاز به مواد مصرفی دارند. سنسورهای التراسونیک از روابط ترمودینامیکی برای اندازه گیری استفاده می کنند و نیاز به مواد مصرفی ندارند.

۳- دقت سنسورهای الکتروشیمیایی با گذشت زمان و مصرف مواد شیمیایی کم می شود در حالیکه سنسورهای التراسونیک سنسور دائمی می باشند و دقتشان پایدار است.

۴- در سنسور شیمیایی پاسخ زمانی بالاست و باید حدود ۱۰ تا ۱۵ ثانیه منتظر شد و بعد عدد را خواند. در سنسور التراسونیک این زمان بسیار کمتر بوده و پاسخ زمانی حدود ۲ تا ۳ ثانیه است.

۵- سنسور شیمیایی را باید در یخچال نگهداری کرد و قبل از هر اندازه گیری نیاز به کالیبراسیون روزمره دارد. سنسور التراسونیک نیاز به نگهداری نداشته و نیاز به کالیبراسیون روزمره ندارد. 

۶- با سنسور التراسونیک می توان فلوی جریان را نیز اندازه گیری کرد در حالیکه با سنسور الکتروشیمیایی چنین امکانی وجود ندارد.

۷- خلوص سنج های الکتروشیمیایی از دستگاه های التراسونیک ارزانتر هستند اما بخاطر هزینه مواد مصرفی آن که هر یکسال یا ۲ سال باید عوض شوند و قیمت این مواد بسیار زیاد است بنابراین در بلند مدت مقرون به صرفه نمی باشند. 

خلوص سنج اکسیژن التراسونیک چیست؟

دستگاه خلوص سنج التراسونیک چیست؟

سنجش سرعت صوت در گاز حاوی اکسیژن

دستگاه خلوص سنج اکسیژن
آنالایزر اکسیژن

مبنای عملکرد خلوص سنج اکسیژن التراسونیک به اصول علم ترمودینامیک بازمی گردد. بر اساس اصول ترمودینامیک، سرعت صوت در گازها تابعی از مخلوط گازی است که صوت در آن حرکت می کند. وزن مولکولی موثر گاز و دمای گاز دو عامل اصلی تعیین کننده سرعت گاز می باشند. با توجه به روابط علم ترمودینامیک و روابط قوانین گاز، در صورتی که سرعت موج التراسوند مشخص باشد می توان غلظت محتویات مخلوط گازی را تشخیص داد. به صورت مشابه با استفاده از قوانین داپلر می توان سرعت حرکت گاز را نیز با اندازه گیری سرعت صوت اندازه گیری کرد.

دستگاه های خلوص سنج اکسیژن التراسونیک یا آنالایزر اکسیژن با استفاده از اطلاعات بدست آمده از سرعت حرکت امواج التراسونیک در مخلوط گازی عمل می کنند. در این دستگاه نمونه گاز در یک محفظه گاز مورد آزمون قرار می گیرد. در دو سوی این محفظه گیرنده و فرستنده های التراسونیک قرار دارند. این دستگاه ها با اندازه گیری سرعت صوت در نمونه گازی خلوص اکسیژن و همینطور سرعت جریان آن را تشخیص می دهند.

اهمیت تکنولوژی التراسونیک در سنجش خلوص اکسیژن

ابزارهای رایج تشخیص اکسیژن بر اساس واکنش های شیمیایی عمل می کنند. این روشها پرهزینه بوده و آلودگی زیستی به همراه دارند. استفاده از موج التراسونیک فناوری جدیدی است که می تواند برای تشخیص ترکیب گازی کارایی داشته باشد. این تکنولوژی با ظهور پردازنده های سریع کامپیوتری و توسعه ابزارهای پیزوالکتریک فرکانس بالا میسر شده است. این فناوری رو به رشد است و جای خود را در کاربردهای صنعتی مانند صنعت خودروسازی باز کرده است.

مزیتهای این فناوری فراوان است. به خاطر عدم استفاده از مواد مصرفی در این فناوری، امکان استفاده بلندمدت و ارزان از آن ممکن است. این ابزار هیچگونه آلودگی محیطی ایجاد نمی کند. بعلاوه این ابزار بخاطر اندازه گیری بدون واسطه خلوص اکسیژن، نیازی به کالیبراسیون ندارد. با توجه به این خصوصیات، روزبه روز صنایع بیشتری به استفاده از این فناوری تمایل پیدا می کنند. در سالهای اخیر این فناوری علاوه بر پزشکی در صنایع خودروسازی نیز رشد داشته است.

روش محاسبه سرعت موج التراسونیک

هسته اصلی این فناوری اندازه گیری دقیق سرعت موج التراسونیک است. در حال حاضر سرعت موج التراسونیک با روش تایم آو فلایت صورت می گیرد. این روش شامل اندازه گیری زمان مورد نیاز برای انتقال موج در فاصله مشخص است. روشهای دیگری نیز برای اندازه گیری غلظت گازها با این فرایند وجود دارد از جمله می توان به اندازه گیری تضعیف موج و امپدنس اکوستیک اشاره کرد.

سلام!

به صفحه بلاگ شرکت حامیان طب خوش آمدید. در این رشته از نوشته ها قصد داریم اطلاعات مفیدی را در رابطه با خلوص سنج های اکسیژن برای اطلاع عموم فراهم آوریم.